cpu的工作原理

cpu工作原理

CPU是Central Processing Unit的缩写，是中央处理器的意思。我们经常听人谈到的486,Pentium就是CPU 。CPU是一个电子元件，其规格就标注在元件上或元件的包装盒上，如i80486DX2-66这行编号就代表了这颗处理器是Intel公司制造的486等级的CPU，它的最高工作频率是66Mhz；又如K6-200的CPU，代表了这颗是AMD公司制造的586MMX级的CPU，它的最高工作频率是200Mhz。
CPU的工作原理其实很简单,它的内部元件主要包括：控制单元，逻辑单元，存储单元三大部分。指令由控制单元分配到逻辑运算单元，经过加工处理后，再送到存储单元里等待应用程序的使用。

为了增加CPU的执行效能各厂商发展出很多技术。例如：

1、多个运算单元同时进行运算。
2、管线功能：让指令或资料同时多笔准备好。
3、预先存取功能：当程序或资料还没有执行到时，便预先取得并存于CPU内。
4、预测功能：预测程序会执行的路径预先把资料先取回来。
5、多媒体功能：把一些以往由专业多媒体芯片的功能加入CPU。 例如 Intel 的 MMX。

以下是常见的CPU厂家：

1、Intel
2、AMD
3、Cyrix（已被VIA收购）
4、IDT（已被VIA收购）

评判CPU的性能好坏的几个主要参数包括超频、内存总线速度、扩展总线速度、工作电压、地址总线宽度、数据总线宽度、内置协处理器、超标量、L1高速缓存、采用回写。超频：CPU的频率包括主频、外频、倍频。外频即系统总线的工作频率，主频即CPU内部的工作频率：外频=主频×倍频。现在一般的标准外频包括66Mhz 133Mhz 100Mhz。标准的倍频包括：2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等。

“超频”乃是当前众多DIYer们的口头禅，但同时又令许多对电脑了解不多的人感到困惑。下面我就简单为大家介绍一下“超频”。

“超频”就是强制CPU在高于标称频率的频率下工作，通过提高计算机主频来提高计算机的性能。但现在DIYer们已把超频扩到了更大的领域，除了CPU，AGP卡、PCI介面卡、DRAM甚至于硬盘等都因为CPU外频提升而工作在规格以上的频率，从广义上讲这都叫做超频。

下面我就先从CPU的超频谈起。提高CPU的工作频率有两种方法：提高倍频系数和提高外部总线频率。

外部总线频率就是我们常说的66MHz、75MHz、83MHz、100MHz，甚至更高。倍频系数就是CPU的工作频率和CPU内部频率的比值，比如3倍频、3. 5倍频等。如赛扬300A的工作频率是300Mhz，其内部频率是66Mhz，倍频数为4.5。那么是否每一个CPU都能超频，超频又需要什么条件呢？一般来说Intel公司生产的CPU的超频性能最好，一般都可以稳定地向上超两个等级；而其他几家的产品超频性则弱的多，有些甚至根本不能超。因为超频会使CPU和电脑的其它部件在超额状态下工作，所以选用质量好的部件是超频成功的关键。

为了超频，一般来说名牌主板是你最好的选择，如升技的BH6、BX2，技嘉的GBBX2000，华硕的P2B等，他们不仅做工精良，且支持多种外频。名牌主板虽然性能优异，但价格昂贵，如果囊中羞涩，则可选择较便宜的主板，如华基、麒麟等，它们也有不错的超频能力。此外，在选择主板时，最好选择具有软跳线功能的主板。使用软跳线的主板在改变CPU工作频率时就不用在复杂的主板电路上寻觅那些不起眼的跳线了。

超频的另一瓶颈就是内存，早期的72线EDO内存超频能力一般，最多能上到75Mhz外频，能跑83Mhz外频的少之又少。现在的168线SDRAM内存又分为PC100和非PC100两种。一般来说PC100的要比非PC100的贵几十元。不过为了机器能够稳定地运行在100MHz或更高频率上，PC100内存是必不可少的。PC100内存又有不同的规格，它们的速度不一样。从理论上说，CPU要想稳定地运行在100MHz外频下，内存速度必须是-10以上的。（所谓-10就是指内存的工作周期为10ns，以下同理。）因为1秒除以100M等于10纳秒。同理，你若想使用125MHz外频，则内存速度必须是-8以上的。现在市面上的内存有不少标称自己是-7的，但实际上只有三星的KMXXXSXXXXBT－G7等几个名牌型号才是真正的7ns的，其它的则都是奸商们通过打磨，使10ns的 SDRAM产品披上了7ns的外衣。

硬盘也是超频路上的一道坎。总的来说，各种硬盘的较新型号都有较强的超频能力，而早期产品则超频性能不佳。在各种硬盘中，笔者向大家推荐昆腾系列硬盘，一直以来昆腾就以较强的超频能力著称于世。尤其是其火球七代和火球八代超频性能更是出众。

超频成功与否还与其他设备密切相关。在一台计算机中还有各种各样的板卡。它们采用不同的总线接口，如现在流行的AGP显卡。AGP接口的标准频率是66.6MHz，它的工作频率与CPU的外部总线频率之比是1：1或1.5：1。当CPU工作在133MHz外频时，它的工作频率将会高达88.6MHz，这对AGP显卡来说无疑是一种考验。当使用 PCI卡时，如工作频率达到100MHz，则会使用3分频，既100除以3，等于33.3MHz。所以在133MHz下，PCI卡的工作频率将是44.3MHz，高于标准的33.3MHz达30%，如此苛刻的条件并不是每一种PCI卡都能承受的。

如果你的电脑配件都能达到上述条件，那么恭喜你，你已经达到了超频的基本条件。但这并不意味着你的超频一定成功。使电脑各部件超负荷运转，必然会产生大量的热。而热则是各种电子部件的大敌，当温度达到80摄氏度，就会发生电子转移现象，从而损坏设备。用手摸摸你的CPU吧，如果它的表面温度已达到了50至60摄氏度，则它的内部温度已经到了80摄氏度，这已经是危险温度了。所以好的降温设备是超频者必不可少的。

CPU的内部结构

1.算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)
ALU是运算器的核心。它是以全加器为基础，辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下可完成加、减、乘、除四则运算和各种逻辑运算。就像刚才提到的，这里就相当于工厂中的生产线，负责运算数据。

2.寄存器组 RS(Register Set或Registers)
RS实质上是CPU中暂时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据，CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器，可以减少CPU访问内存的次数，从而提高了CPU的工作速度。但因为受到芯片面积和集成度所限，寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途。通用寄存器的数目因微处理器而异。

3.控制单元(Control Unit)
正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。

4.总线(Bus)
就像工厂中各部位之间的联系渠道，总线实际上是一组导线，是各种公共信号线的集合，用于作为电脑中所有各组成部分传输信息共同使用的“公路”。直接和 CPU相连的总线可称为局部总线。其中包括: 数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus) 、控制总线CB(Control Bus)。其中，数据总线用来传输数据信息；地址总线用于传送CPU发出的地址信息；控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。

CPU的工作流程

由晶体管组成的CPU是作为处理数据和执行程序的核心，其英文全称是:Central Processing Unit，即中央处理器。首先，CPU的内部结构可以分为控制单元，逻辑运算单元和存储单元(包括内部总线及缓冲器)三大部分。CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(程序指令)，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)，生产出成品(处理后的数据)后，再存储在仓库(存储单元)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。在这个过程中，我们注意到从控制单元开始，CPU就开始了正式的工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作的结束。