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標題: 〔知識〕CPU基本概念 [打印本頁]

作者: sodown 時間: 2006-7-20 10:14 PM 標題: 〔知識〕CPU基本概念

CPU是“Central Processing Unit”的英語縮寫，中文意思是“中央處理器”，有時我們也簡稱它為“處理器”或是“微處理器”。它是整個電腦系統的運算、控制中心，也就是電腦的“大腦”。

　　CPU外形看上去非常簡單：它是一個矩形片狀物體，中間凸起的一片指甲大小的、薄薄的矽晶片部分是CPU核心，英文稱之為“die”。在這塊小小的矽片上，密佈著數以千萬計的電晶體，它們相互配合協調，完成著各種複雜的運算和操作（圖1）。CPU主要分為Intel和AMD兩類，圖1是AMD生產的CPU。

　
圖1 CPU正面俯視圖

圖2 加裝了金屬蓋的CPU

　　CPU的核心工作強度很大，發熱量也大。而且CPU的核心非常脆弱，為了核心的安全，同時為了幫助核心散熱，於是現在的CPU一般在其核心上加裝一個金屬蓋，此金屬蓋不僅可以避免核心受到意外傷害，同時也增加了核心的散熱面積（圖2）。

金屬封裝殼周圍是CPU基板，它將CPU內部的信號引到CPU引腳上。基板的背面有許多密密麻麻的鍍金的引腳，它是CPU與外部電路連接的通道，同時也起著固定CPU的作用（圖3）。

圖3 CPU背面的金屬針角

圖4 P4 CPU散熱器

　　由於CPU的核心發熱量比較大，為了保護核心的安全，如今的CPU都得加裝一個CPU散熱器。散熱器通常由一個大大的合金散熱片和一個散熱風扇組成，用來將CPU核心產生的熱量快速散發掉（圖4）。

　　CPU的工作原理：CPU的內部結構可分為控制、邏輯、存儲三大部分。如果將CPU比作一台機器的話，其工作原理大致是這樣的：首先是CPU將“原料”（程式發出的指令）經過“物質分配單位”（控制單元）進行初步調節，然後送到“加工車床”（邏輯運算單元）進行加工，最後將加工出來的“產品”（處理後的資料）存儲到“倉庫”（記憶體）中，以後“銷售部門”（應用程式）就可到“倉庫”中按需提貨了。

CPU的技術指標和一些特點:

　　1、字長

　　CPU的字長通常是指其資料匯流排寬度，二進位單位，也就是我們所說的多少位處理器，是CPU資料處理能力的重要指標，反映了處理器能夠處理的資料寬度、精度和速度等。現在的處理器內部資料線為32位元，而外部資料線為64位元，我們仍稱它為32位的處理器，它只是以64位元方式與記憶體交換資料。而AMD最新推出的Athlon 64，它的內部匯流排為64位元，是真正意義上的64位處理器。

　　2、主頻率

　　CPU的主頻率是指CPU的工作時鐘頻率，單位為Hz，而現在的CPU的單位都是GHz(1MHz=1000Hz，1GHz=1000MHz)，它是CPU速度的重要指標，通常標注在CPU的型號中，如Pentium4 2.4GHz，它的主頻就為2.4GHz。CPU的輸入時鐘頻率稱為外頻，常取為主板系統匯流排的頻率，如P4一開始從133MHz到533MHz，一直到了現在的800MHz，CPU的內部倍頻有×3×3.5×4×4.5×5，如一塊外頻為800MHz，倍頻為×3的Pentium4 CPU，它的主頻就為2.4GHz。

　　3、內部Cache

　　為了解決主機中低速記憶體與高速CPU的不匹配，加快CPU對記憶體的訪問速度，採用了在CPU和記憶體間插入快取記憶體器(Cache)的方法，開始的Cache是安裝在主板上的，後來由於CPU內部的L1和L2 Cache採用了高速帶寬匯流排，要比晶片外的L2 Cache快得多，效率也高得多，而且能同步運行在CPU的主頻上，所以逐漸代替了外部的Cache，成為了現在的主流。在Intel最新推出的Pentium4 Extreme Edition，加入了高達2M L3 Cache，使處理器訪問記憶體的速度又達到了一個新的層次。

　　4、指令系統

　　CPU是靠指令來計算和控制系統的。每種CPU在設計時就規定了一系列與其硬體電路相配合的指令系統，包括有幾百條指令。指令的強弱也是CPU的重要指標。如Intel的MMX(Multi Media Extended)、SSE、SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)和AMD的3DNow！等都是新增的特殊指令集，分別增強了CPU的多媒體、圖形圖像和Internet等的處理能力。

　　首次加入了MMX多媒體指令的Pentium處理器

　　5、超線程

　　超線程(Hyper Threading)技術是Intel開發出來的應用在P4處理器上的技術，它允許在單個P4處理器上同時執行2個線程(或軟體程式的一部分)。支援超線程技術的作業系統(如Windows XP Professional)可將一個物理P4處理器"看作"兩個虛擬處理器。通過利用其他閒置資源，在多工環境中，含超線程技術的P4處理器可使現有軟體實現明顯的性能提升，無需修改代碼。

　　CPU速度上的提升，以及技術上的不斷更新，讓我們體會到了科技給我們帶來的快感。AMD推出的64位處理器意味著64位處理器時代即將到來，預計今年將要推出的Pentium5，將會給我們帶來一個什麼樣得體驗呢?

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