Woraus besteht eine CPU?

Die Zusammensetzung der CPU ist: 1. Der Kern der CPU ist in Recheneinheiten und Controller unterteilt. 2. Der äußere Kern der CPU ist in Decoder, Cache der ersten Ebene und Cache der zweiten Ebene unterteilt Das Befehlssystem ist das, was eine CPU verarbeiten kann. Der Satz aller Befehle ist das grundlegende Attribut einer CPU.

Die Zusammensetzung der CPU ist:

1. CPU-Kern

Strukturell ist der CPU-Kern in zwei Teile unterteilt: Recheneinheit und Controller. (1) Recheneinheit ) von Binärdaten und Shift-Operation. In einigen CPUs gibt es Shifter, die speziell für die Verarbeitung von Shift-Operationen entwickelt wurden.

Normalerweise besteht ALU aus zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss. Integer-Einheiten werden manchmal als IEU (Integer Execution Unit) bezeichnet. Was wir normalerweise sagen „CPU ist XX Bits“ bezieht sich auf die Anzahl der Datenbits, die die ALU verarbeiten kann.

2. Gleitkommaeinheit FPU (Gleitkommaeinheit)

FPU ist hauptsächlich für Gleitkommaoperationen und hochpräzise Ganzzahloperationen verantwortlich. Einige FPUs verfügen auch über die Funktion von Vektoroperationen, andere verfügen über spezielle Vektorverarbeitungseinheiten.

3. Universalregistergruppe

Die Universalregistergruppe ist ein Satz schnellster Speicher, die zum Speichern von Operanden und Zwischenergebnissen verwendet werden, die an Operationen beteiligt sind.

In Bezug auf den Nachteil, dass der x86-Befehlssatz nur 8 Allzweckregister unterstützt, verwendet Intels neueste CPU eine Technologie namens „Registerumbenennung“. Diese Technologie ermöglicht es den Registern der x86-CPU, die Grenze von 8 zu durchbrechen und 32 oder mehr zu erreichen. viele.

4. Sonderregister

Sonderregister sind normalerweise Statusregister, die vom Programm nicht geändert werden können und von der CPU selbst gesteuert werden, um einen bestimmten Status anzuzeigen.

(2) Controller

Die Recheneinheit kann nur Operationen abschließen, während der Controller zur Steuerung der Arbeit der gesamten CPU verwendet wird.

1. Befehlscontroller

Der Befehlscontroller ist ein sehr wichtiger Teil des Controllers. Er führt Vorgänge wie das Abrufen von Anweisungen und das Analysieren von Anweisungen aus und übergibt sie gleichzeitig zur Ausführung Gleichzeitig bildet es auch Folgendes: Die Adresse einer Anweisung.

2. Timing-Controller

Die Funktion des Timing-Controllers besteht darin, Steuersignale für jede Anweisung in zeitlicher Reihenfolge bereitzustellen. Der Timing-Controller umfasst einen Taktgenerator und eine Frequenzmultiplikations-Definitionseinheit. Der Taktgenerator gibt ein sehr stabiles Impulssignal von einem Quarzkristalloszillator ab, der die Hauptfrequenz der CPU definiert Speicherfrequenz (ein Vielfaches der Busfrequenz).

3. Buscontroller

Der Buscontroller wird hauptsächlich zur Steuerung der internen und externen Busse der CPU verwendet, einschließlich Adressbus, Datenbus, Steuerbus usw.

4. Interrupt-Controller

Der Interrupt-Controller wird verwendet, um verschiedene Interrupt-Anforderungen zu steuern, die Interrupt-Anforderungen entsprechend ihrer Priorität in eine Warteschlange zu stellen und sie einzeln zur Verarbeitung an die CPU zu übergeben. 2. Der äußere Kern der CPU zum Kernel beschäftigen. Die Dekodierung ist in Hardware-Dekodierung und Mikro-Dekodierung unterteilt. Für einfache x86-Anweisungen ist nur die Hardware-Dekodierung ausreichend, was schneller ist. Wenn Sie jedoch auf komplexe x86-Anweisungen stoßen, müssen Sie eine Mikro-Dekodierung durchführen und diese in mehrere einfache Anweisungen aufteilen, was langsamer ist und schneller. Sehr kompliziert. Glücklicherweise werden diese komplexen Anweisungen selten verwendet.

2. Level-1-Cache und Level-2-Cache (Cache)

Level-1-Cache und Level-2-Cache werden erstellt, um den Konflikt zwischen schnellerer CPU und langsamerem Speicher zu mildern, und der Cache ist normalerweise in den CPU-Kern integriert, während der zweite -Level-Cache läuft schneller als der Speicher in Form von OnDie oder OnBoard. Für einige Aufgaben mit großem Datenaustauschvolumen ist der CPU-Cache besonders wichtig.

3. Befehlssystem

Um über CPU zu sprechen, müssen wir auch das Befehlssystem verstehen. Das Befehlssystem bezieht sich auf die Menge aller Befehle, die eine CPU verarbeiten kann. Es ist das grundlegende Attribut einer CPU, da das Befehlssystem bestimmt, welche Art von Programmen eine CPU ausführen kann. Bei den CPUs, über die wir oft sprechen, handelt es sich ausschließlich um X86-Serien und kompatible CPUs. Der sogenannte X86-Befehlssatz wurde speziell von der amerikanischen Intel Corporation für ihre erste 16-Bit-CPU (i8086) entwickelt hat sukzessive neuere i80386 und i80486 bis zur heutigen Pentium4-Serie entwickelt, aber um sicherzustellen, dass der Computer weiterhin verschiedene in der Vergangenheit entwickelte Anwendungen ausführen kann, um umfangreiche Softwareressourcen zu schützen und zu erben (wie die Windows-Serie), werden alle CPUs von Intel hergestellt Verwenden Sie weiterhin den X86-Befehlssatz. Neben Intel haben auch Hersteller wie AMD und Cyrix sukzessive CPUs produziert, die das CPU-kompatible Produkt von Intel nutzen können.

4. Kurze Analyse der wichtigsten CPU-Technologien

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Die Pipeline wurde erstmals von Intel im 486-Chip verwendet. Das Fließband funktioniert wie ein Fließband in der industriellen Produktion. In der CPU besteht eine Befehlsverarbeitungspipeline aus 5 bis 6 Schaltkreiseinheiten mit unterschiedlichen Funktionen. Anschließend wird ein X86-Befehl in 5 bis 6 Schritte unterteilt und dann jeweils von diesen Schaltkreiseinheiten ausgeführt, sodass ein Befehl in einem abgeschlossen werden kann CPU-Taktzyklus, wodurch die Rechengeschwindigkeit der CPU verbessert wird.

2. Super-Pipeline und superskalare Technologie

Super-Pipeline bedeutet, dass die Pipeline in einigen CPUs die üblichen 5 bis 6 Schritte überschreitet. Beispielsweise ist die Pipeline von Intel Pentium 4 bis zu 20 Schritte lang. Je mehr Schritte (Stufen) die Pipeline ausführen soll, desto schneller kann sie einen Befehl ausführen und sich so an CPUs mit höheren Betriebsfrequenzen anpassen. Superskalar bedeutet, dass es mehr als eine Pipeline in der CPU gibt und mehr als ein Befehl pro Taktzyklus ausgeführt werden kann. Dieses Design wird als superskalare Technologie bezeichnet.

3. Out-of-Order-Ausführungstechnologie

Out-of-Order-Ausführung (Out-of-Order-Execution) bedeutet, dass die CPU eine Technologie anwendet, die es ermöglicht, mehrere Anweisungen separat zur Verarbeitung an jede entsprechende Schaltkreiseinheit zu senden in der vom Programm vorgegebenen Reihenfolge. Wenn beispielsweise in einem bestimmten Abschnitt des Programms 7 Anweisungen vorhanden sind, sendet die CPU die Anweisungen, die im Voraus ausgeführt werden können, sofort zur Ausführung an die entsprechende Schaltung, basierend auf dem Leerlaufstatus jeder Einheitsschaltung und der spezifischen Situation, ob Jede Anweisung kann im Voraus ausgeführt werden. Nachdem jede Einheit Anweisungen in einer anderen als der angegebenen Reihenfolge ausgeführt hat, muss die entsprechende Schaltung natürlich die Operationsergebnisse in der vom ursprünglichen Programm angegebenen Reihenfolge der Anweisungen neu anordnen, bevor sie zum Programm zurückkehrt. Diese Art von Betriebsmethode, bei der Anweisungen getrennt und außerhalb der Reihenfolge ausgeführt werden, wird als Out-of-Order-Execution-Technologie (auch Out-of-Order-Execution-Technologie genannt) bezeichnet. Der Zweck der Verwendung der Out-of-Order-Execution-Technologie besteht darin, die internen Schaltkreise der CPU mit voller Kapazität arbeiten zu lassen und dementsprechend die Geschwindigkeit der von der CPU ausgeführten Programme zu erhöhen.

4. Verzweigungsvorhersage und spekulative Ausführungstechnologie sind die Hauptinhalte der dynamischen CPU-Ausführungstechnologie. Der Hauptzweck der Verwendung von Verzweigungsvorhersage und dynamischer Ausführung besteht darin, die Rechengeschwindigkeit der CPU zu erhöhen. Die spekulative Ausführung basiert auf der Verzweigungsvorhersage. Die spekulative Ausführung erfolgt ebenfalls . Auf den meisten Computern können diese Anweisungen jeweils nur eine Berechnung durchführen. Um einige parallele Vorgänge abzuschließen, müssen mehrere Berechnungen kontinuierlich durchgeführt werden. Dieser Computertyp verwendet einen „Single Instruction Single Data“ (SISD)-Prozessor. Bei der Einführung der CPU-Leistung wird häufig von „erweiterten Anweisungen“ oder „speziellen Erweiterungen“ gesprochen, die sich alle darauf beziehen, ob die CPU über Befehlserweiterungen zum X86-Befehlssatz verfügt. Die ersten Erweiterungsanweisungen waren „MMX“ der Intel Corporation, dann „SSE“ im Pentium III und jetzt der SSE2-Befehlssatz im Pentium 4.

5. CPU-Architektur und Verpackungsmethode

(1) CPU-Architektur

Die CPU-Architektur wird anhand des Typs und der Spezifikationen des Installationssockels der CPU bestimmt. Derzeit häufig verwendete CPUs können entsprechend ihrer Installationssockelspezifikationen in zwei Architekturen unterteilt werden: Sockel x und Steckplatz x. Nehmen Sie Intel-Prozessoren als Beispiel. CPUs mit Sockelarchitektur werden in drei Typen unterteilt: Sockel 370, Sockel 423 und Sockel 478, die jeweils Intel PIII/Celeron-Prozessoren, P4-Sockel-423-Prozessoren und P4-Sockel-478-Prozessoren entsprechen. CPUs mit Slot Steckplatz 1 ist die Architektur, die von frühen Intel PII-, PIII- und Celeron-Prozessoren übernommen wurde. Steckplatz 2 ist ein größerer Steckplatz, der speziell für die Installation von Xeon in der PII- und PIII-Serie verwendet wird. Xeon ist eine CPU, die für Arbeitsgruppenserver entwickelt wurde.

(2) CPU-Verpackungsmethode

Die sogenannte Verpackung bezieht sich auf die Hülle, die zur Installation des Halbleiter-IC-Chips verwendet wird. Die Kontakte auf dem Chip sind wiederum mit den Stiften der Verpackungshülle verbunden Der Steckplatz wird über die Leiterplatte mit anderen Geräten verbunden. Es spielt eine Rolle bei der Installation, Befestigung, Abdichtung, dem Schutz von Chips und der Verbesserung der elektrischen und thermischen Leistung.

Die Verpackungsmethode der CPU hängt von der CPU-Installationsform ab. Normalerweise ist die im Socket-Sockel installierte CPU in Form eines PGA (Grid Array) verpackt, während die im Slot X-Steckplatz installierte CPU vollständig im Paket ist SEC (Single Side Connector Box) Im Formular eingekapselt.

1. PGA (Pin Grid Arrax) Pin-Grid-Array-Paket

Die aktuelle Verpackungsmethode der CPU ist im Wesentlichen die PGA-Verpackung, bei der die Unterseite des Chips von einer mehrschichtigen quadratischen Stiftanordnung umgeben ist. Jede quadratische Stiftanordnung ist in einem bestimmten Abstand entlang der Peripherie des Chips angeordnet. Seine Pins sehen aus wie Nadeln und werden über Steckverbindungen mit der Platine verbunden. Stecken Sie den Chip bei der Installation in den dafür vorgesehenen PGA-Sockel. Das PGA-Paket bietet die Vorteile eines bequemeren Ein- und Aussteckvorgangs und einer hohen Zuverlässigkeit. Der Nachteil besteht darin, dass es mehr Strom verbraucht. PGA leitet auch eine Vielzahl von Verpackungsmethoden ab. Das früheste PGA-Paket eignet sich für Intel Pentium-, Intel Pentium PRO- und Cxrix/IBM 6x86-Prozessoren. Das CPGA-Paket (Ceramic Pin Grid Arrax, Keramik-Pin-Grid-Array) eignet sich für Intel Pentium MMX K6, AMD K6-2, AMD K6 III, VIA Cxrix III-Prozessor; PPGA-Gehäuse (Plastic Pin Grid Arrax, Kunststoff-Pin-Matrix), geeignet für Intel Celeron-Prozessor (Sockel 370); Invertiertes Chip-Pin-Grid-Array-Gehäuse, geeignet für Pentium III-, Celeron II- und Pentium4-Prozessoren der Coppermine-Serie.

2. SEC-Paket (Single Side Connector Box)

Die CPU mit Slot-X-Architektur verwendet keine Keramikverpackung mehr, sondern eine Leiterplatte mit Metallgehäuse, die die Prozessorkomponenten integriert. Das Kunststoffgehäuse der SEC-Karte wird SEC (Single Edgecontact Cartridge) genannt. Diese SEC-Karte ist für den Einbau in Steckplatz X (ungefähr so ​​groß wie ein ISA-Steckplatz) vorgesehen. Alle Slot-X-Motherboards verfügen über einen Befestigungsmechanismus, der aus zwei Kunststoffklammern besteht. Zwischen den beiden Kunststoffklammern kann eine SEC-Karte in den Slot

Daunter ist der Intel Celeron-Prozessor (Steckplatz 1) in einem (SEPP) Single-Edge-Prozessor untergebracht; der Intel Pentium II ist in einem SECC (Single Edge Contact Connector, Single-Edge-Kontakt-Anschluss) verpackt; SECC2 .

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