CPU는 무엇으로 구성되어 있나요?

CPU의 구성은 다음과 같습니다. 1. CPU의 코어는 연산 장치와 컨트롤러로 구분됩니다. 2. CPU의 외부 코어는 디코더, 1단계 캐시, 2단계 캐시로 구분됩니다. 명령어 시스템은 CPU가 처리할 수 있는 것입니다. 모든 명령어의 집합은 CPU의 기본 속성입니다.

CPU 구성은 다음과 같습니다.

1. CPU 코어

구조적으로 CPU 코어는 연산 장치와 컨트롤러의 두 부분으로 나뉩니다.

(1) 산술 단위

1. 산술 및 논리 단위 ALU (Arithmetic and Logic Unit)

ALU는 주로 고정 소수점 산술 연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈), 논리 연산(AND 또는 non-XOR)을 완성합니다. ) 이진 데이터 및 Shift 작업. 일부 CPU에는 시프트 작업을 처리하도록 특별히 설계된 시프터가 있습니다.

보통 ALU는 입력단자 2개와 출력단자 1개로 구성됩니다. 정수 단위는 IEU(Integer Execution Unit)라고도 합니다. 우리가 일반적으로 "CPU는 XX비트"라고 말하는 것은 ALU가 처리할 수 있는 데이터 비트 수를 의미합니다.

2. 부동 소수점 단위 FPU(Floating Point Unit)

FPU는 주로 부동 소수점 연산과 고정밀 정수 연산을 담당합니다. 일부 FPU에는 벡터 연산 기능도 있고 다른 FPU에는 특수한 벡터 처리 장치가 있습니다.

3. 범용 레지스터 그룹

범용 레지스터 그룹은 연산과 관련된 피연산자와 중간 결과를 저장하는 데 사용되는 가장 빠른 메모리 집합입니다.

x86 명령어 세트가 8개의 범용 레지스터만 지원한다는 단점을 해결하기 위해 Intel의 최신 CPU는 "레지스터 이름 변경"이라는 기술을 채택했습니다. 이 기술을 사용하면 x86 CPU의 레지스터가 8개라는 한계를 뛰어넘어 32개 이상에 도달할 수 있습니다. . 많은.

4. 특수 레지스터

특수 레지스터는 일반적으로 프로그램에 의해 변경될 수 없고 특정 상태를 나타내기 위해 CPU 자체에 의해 제어되는 상태 레지스터입니다.

(2) 컨트롤러

연산 장치는 연산만 완료할 수 있고 컨트롤러는 전체 CPU의 작업을 제어하는 ​​데 사용됩니다.

1. 명령어 컨트롤러

명령어 컨트롤러는 명령어 가져오기, 명령어 분석 등의 작업을 완료한 후 실행을 위해 이를 실행 장치(ALU 또는 FPU)에 전달하는 역할을 하는 매우 중요한 부분입니다. 시간에 따라 다음과 같은 형태도 형성됩니다. 명령어의 주소입니다.

2. 타이밍 컨트롤러

타이밍 컨트롤러의 기능은 각 명령어에 대한 제어 신호를 시간 순서대로 제공하는 것입니다. 타이밍 컨트롤러에는 클럭 생성기와 주파수 체배 정의 장치가 포함되어 있습니다. 클럭 생성기는 CPU의 주요 주파수인 수정 발진기에서 매우 안정적인 펄스 신호를 방출합니다. 주파수 체배 정의 장치는 CPU의 기본 주파수를 정의합니다. 메모리 주파수(버스 주파수의 몇 배).

3. 버스 컨트롤러

버스 컨트롤러는 주로 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스 등을 포함하여 CPU의 내부 및 외부 버스를 제어하는 ​​데 사용됩니다.

4. 인터럽트 컨트롤러

인터럽트 컨트롤러는 다양한 인터럽트 요청을 제어하고 우선순위에 따라 인터럽트 요청을 대기열에 넣은 다음 하나씩 처리하기 위해 CPU에 넘겨주는 데 사용됩니다.

2. CPU의 외부 코어

1. 디코더(Decode Unit)

x86CPU 고유의 장치로, 가변 길이의 명령어를 고정 길이의 명령어로 변환하여 넘겨주는 기능을 합니다. 커널로 처리합니다. 디코딩은 하드웨어 디코딩과 마이크로 디코딩으로 나누어집니다. 간단한 x86 명령어의 경우 하드웨어 디코딩만 하면 더 빠릅니다. 그러나 복잡한 x86 명령어가 발생하면 마이크로 디코딩을 수행하고 이를 여러 개의 간단한 명령어로 나누어야 하므로 속도가 느려집니다. 매우 복잡합니다. 다행히도 이러한 복잡한 명령어는 거의 사용되지 않습니다.

2. 레벨 1 캐시와 레벨 2 캐시(Cache)

레벨 1 캐시와 레벨 2 캐시는 더 빠른 CPU와 느린 메모리 사이의 충돌을 완화하기 위해 생성되며, 캐시는 일반적으로 CPU 코어에 통합되지만 두 번째 캐시는 -레벨 캐시는 OnDie 또는 OnBoard 형태로 메모리보다 빠르게 실행됩니다. 데이터 교환량이 많은 일부 작업의 경우 CPU 캐시가 특히 중요합니다.

3. 명령어 시스템

CPU를 이야기하려면 명령어 시스템도 이해해야 합니다. 명령어 시스템은 CPU가 처리할 수 있는 모든 명령어의 집합을 의미합니다. 명령어 시스템은 CPU가 어떤 종류의 프로그램을 실행할 수 있는지를 결정하기 때문에 CPU의 기본 속성입니다. 우리가 자주 이야기하는 CPU는 모두 X86 시리즈 및 호환 CPU입니다. 소위 X86 명령어 세트는 미국 Intel Corporation이 최초의 16비트 CPU(i8086)를 위해 특별히 개발한 것입니다. 오늘날의 Pentium4 시리즈까지 최신 i80386 및 i80486을 계속 개발했지만, 풍부한 소프트웨어 리소스(예: Windows 시리즈)를 보호하고 상속하기 위해 과거에 개발된 다양한 응용 프로그램을 컴퓨터에서 계속 실행할 수 있도록 하기 위해 Intel에서 생산한 모든 CPU를 사용합니다. X86 명령어 세트를 계속 사용하세요. 인텔 외에도 AMD, 사이릭스 등의 제조사에서도 인텔의 CPU 호환 제품을 사용할 수 있는 CPU를 잇달아 생산하고 있다.

4. 주요 CPU 기술 간략 분석

1.

파이프라인은 Intel이 486 칩에서 처음 사용했습니다. 조립 라인은 산업 생산의 조립 라인처럼 작동합니다. CPU에서 명령 처리 파이프라인은 서로 다른 기능을 가진 5~6개의 회로 단위로 구성되며, X86 명령은 5~6단계로 나누어 각각의 회로 단위에 의해 실행되므로 하나의 명령이 한 번에 완료될 수 있습니다. CPU 클록 주기로 인해 CPU의 컴퓨팅 속도가 향상됩니다.

2. 슈퍼 파이프라인 및 슈퍼스칼라 기술

슈퍼 파이프라인은 일부 CPU 내부의 파이프라인이 일반적인 5~6단계를 초과한다는 의미입니다. 예를 들어 Intel Pentium 4의 파이프라인은 20단계에 달합니다. 파이프라인이 완료하도록 설계된 단계(단계)가 많을수록 명령을 더 빠르게 완료할 수 있으므로 작동 주파수가 더 높은 CPU에 적응할 수 있습니다. 슈퍼스칼라는 CPU에 하나 이상의 파이프라인이 있고 클록 주기당 하나 이상의 명령이 완료될 수 있음을 의미합니다. 이 설계를 슈퍼스칼라 기술이라고 합니다.

3. 비순차적 실행 기술

비순서적 실행(Out-of-order Execution)은 CPU가 여러 명령을 해당 회로 장치에 개별적으로 보내어 처리할 수 있도록 하는 기술을 채택한 것을 의미합니다. 프로그램에서 지정한 순서를 따릅니다. 예를 들어, 프로그램의 특정 구간에 7개의 명령이 있는 경우, CPU는 각 단위 회로의 유휴 상태와 특정 명령을 분석하여 사전에 실행할 수 있는 명령을 해당 회로에 즉시 전송하여 실행합니다. 각 명령을 미리 실행할 수 있는지 여부. 물론, 각 유닛이 지정된 순서 이외의 명령을 실행한 후에는 해당 회로는 프로그램으로 돌아가기 전에 원래 프로그램에서 지정한 명령 순서에 따라 연산 결과를 다시 정렬해야 합니다. 이와 같이 명령어를 분리하여 순서에 어긋나게 실행하는 연산 방식을 비순차 실행(비순차 실행이라고도 함) 기술이라고 합니다. 비순차적 실행 기술을 사용하는 목적은 CPU 내부 회로를 최대 성능으로 작동시켜 CPU 실행 프로그램의 속도를 높이는 것입니다.

4. 분기 예측 및 추측 실행 기술

CPU 동적 실행 기술의 주요 내용은 현재 CPU에서 사용되는 고급 기술 중 하나입니다. 분기 예측과 동적 실행을 사용하는 주요 목적은 CPU의 컴퓨팅 속도를 높이는 것입니다. 추측 실행은 분기 예측 프로그램 분기 후에 수행되는 처리도 추측 실행입니다.

5. 명령 특수 확장 기술

가장 간단한 컴퓨터에서 시작하여 명령 시퀀스는 피연산자를 얻고 이에 대한 계산을 수행할 수 있습니다. . 대부분의 컴퓨터에서 이러한 지침은 한 번에 하나의 계산만 수행할 수 있습니다. 일부 병렬 작업을 완료하려면 여러 계산을 연속적으로 수행해야 합니다. 이 유형의 컴퓨터는 "SISD(Single Instruction Single Data)" 프로세서를 사용합니다. CPU 성능을 소개할 때 "확장 명령어" 또는 "특수 확장"이 자주 언급되는데, 이는 모두 CPU에 X86 명령어 세트에 대한 명령어 확장이 있는지 여부를 나타냅니다. 처음으로 나타난 확장 명령어는 Intel Corporation의 "MMX"였고 그 다음에는 Pentium III의 "SSE"였으며 이제는 Pentium 4의 SSE2 명령어 세트였습니다.

5. CPU 아키텍처 및 패키징 방법

(1) CPU 아키텍처

CPU 아키텍처는 CPU 설치 소켓의 종류와 사양에 따라 결정됩니다. 현재 일반적으로 사용되는 CPU는 설치 소켓 사양에 따라 소켓 x와 슬롯 x의 두 가지 아키텍처로 나눌 수 있습니다.

Intel 프로세서를 예로 들어 보겠습니다. 소켓 아키텍처 CPU는 Intel PIII/Celeron 프로세서, P4 소켓 423 프로세서 및 P4 소켓 478 프로세서에 각각 해당하는 소켓 370, 소켓 423 및 소켓 478의 세 가지 유형으로 나뉩니다. 슬롯이 있는 CPU 슬롯 1은 초기 Intel PII, PIII 및 Celeron 프로세서에 채택된 아키텍처입니다. 슬롯 2는 PII 및 PIII 시리즈에서 Xeon을 설치하는 데 특별히 사용되는 더 큰 슬롯입니다. Xeon은 작업 그룹 서버용으로 설계된 CPU입니다.

(2) CPU 패키징 방법

소위 패키징이란 반도체 집적회로 칩을 장착하는 데 사용되는 쉘을 말합니다. 칩의 접점은 와이어로 패키징 쉘의 핀에 연결되며, 이 핀은 내부에 있습니다. 슬롯은 인쇄 회로 기판을 통과하여 다른 장치에 연결됩니다. 칩을 설치, 고정, 밀봉, 보호하고 전기적, 열적 성능을 향상시키는 역할을 합니다.

CPU의 포장 방법은 CPU 설치 형태에 따라 다릅니다. 일반적으로 소켓 소켓에 설치된 CPU는 PGA(Grid Array) 형태로 포장되는 반면, 슬롯 X 슬롯에 설치된 CPU는 모두 PGA 형태로 포장됩니다. SEC(Single Side Connector Box) 형태로 캡슐화되어 있습니다.

1. PGA(Pin Grid Arrax) 핀 그리드 어레이 패키지

현재 CPU 패키징 방법은 기본적으로 칩 바닥을 둘러싸는 다층 사각형 핀 배열로 구성된 PGA 패키징입니다. 각 핀 배열은 칩 주변을 따라 일정 거리를 두고 배열됩니다. 핀은 바늘처럼 생겼으며 플러그인을 사용하여 회로 기판에 연결됩니다. 설치 시 칩을 전용 PGA 소켓에 삽입하세요. PGA 패키지는 연결 및 분리 작업이 더 편리하다는 장점이 있지만, 신뢰성이 높다는 단점이 있습니다. PGA는 또한 다양한 패키징 방법을 파생합니다. 초기 PGA 패키지는 Intel Pentium, Intel Pentium PRO 및 Cxrix/IBM 6x86 프로세서에 적합합니다. CPGA(Ceramic Pin Grid Arrax, 세라믹 핀 그리드 어레이) 패키지는 Intel Pentium MMX, AMD에 적합합니다. K6, AMD K6-2, AMD K6 III, VIA Cxrix III 프로세서, Intel Celeron 프로세서(소켓 370)에 적합한 PPGA(Plastic Pin Grid Arrax, 플라스틱 핀 매트릭스) 패키지(Flip Chip Chip Pin Grid Arrax, 반전된 칩 핀 그리드 어레이) 패키지, Coppermine 시리즈 Pentium III, Celeron II 및 Pentium4 프로세서에 적합합니다.

2. SEC(Single Side Connector Box) 패키지

슬롯 X 아키텍처 CPU는 더 이상 세라믹 패키징을 사용하지 않고 프로세서 구성 요소를 통합하는 금속 쉘이 있는 인쇄 회로 기판을 사용합니다. SEC 카드의 플라스틱 인클로저를 SEC(Single Edgecontact Cartridge)라고 합니다. 이 SEC 카드는 슬롯 X(ISA 슬롯 크기 정도) 슬롯에 삽입되도록 설계되었습니다. 모든 슬롯 X 마더보드에는 두 개의 플라스틱 브래킷으로 구성된 고정 메커니즘이 있으며, SEC 카드는 두 개의 플라스틱 브래킷 사이에서 슬롯 X 슬롯에 삽입될 수 있습니다.

그 중 Intel Celeron 프로세서(슬롯 1)는 (SEPP) 단일 에지 프로세서에 패키지되어 있으며 Intel의 Pentium II는 SECC(Single Edge Contact Connector, 단일 에지 접촉 연결)에 패키지되어 있습니다. SECC2 .

위 내용은 CPU는 무엇으로 구성되어 있나요?의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!