计算机中央处理器CPU的发展 (兰州大学信息科学与工程学院10级电信基地班胡亚昆) 摘要：上个世纪中期至今，计算机的发展日新月异。CPU是计算机的核心。本文以美国Intel 公司推出的CPU为例，详细介绍了计算机CPU的发展。 关键词：CPU 数据总线时钟频率80X86 Pentium Core 1. 引言 自1946年第一台计算机问世以来，计算机的发展已经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路4个阶段。而中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）正是现代计算机系统的核心和引擎，计算机日新月异的发展在很大程度上归结为CPU技术的发展。通常，计算机的发展是以CPU的发展为表征的。根据摩尔定律，我们知道微处理器集成度每个18个月翻一番，芯片的性能也随之提高一倍左右。目前世界上生产CPU最强的公司是美国著名的Intel公司。本文将从Intel公司推出的第一台微处理器4004逐个介绍到Intel最近推出的Core系列处理器，通过这些介绍来让大家深刻地了解计算机中央处理器CPU的发展。 2. Intel 4004 1971年，Intel公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器。它包含2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾，但是它毕竟是划时代的产品。从此以后，Intel便与微处理器结下了不解之缘。 3. 8086/8088/80186/80188 1978年，Intel公司正式推出了8086CPU，这是该公司生产的第一个16位芯片，内外数据总线均为16位，地址总线20位，主存寻址范围为1MB，时钟频率为5MHz，集成度只有0.040百万件/个。 由于当时的外设接口是8位，8086的16位外设数据线不能直接与外设接口连接，这一点限制了8086的推广。于是，1979年，Intel公司推出了准16位处理器8088，它只是将数据总线改为8位，其他设计都没有交大的改变，应用较为广泛。 8086/8088CPU内部结归纳起来可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。这三大部分互相协调，对命令各数据进行分析、判断、运算并控制计算机协调工作。以后不管什么样的CPU，其内部结构都可归纳为这三部分。 8086/8088的指令是以字节为基础构成的，建立了指令预取队列，将取指令和执行指令这两个操作分别由总线接口单元（BIU）和执行单元（EU）来完成，提高了微处理器的指令执行速度。 8086/8088内有8个通用寄存器（AX，BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI），4个段寄存器（SS,ES,DS,CS）和2个控制寄存器（IP,FLAGS）,这些寄存器全部是16位寄存器。 8086/8088无高速缓存。 随后，Intel公司80186/80188，它们的核心分别是8006/8088，配以定时器、中断控制器、DMA控制器等支持电路，功能更多，速度更快。80186/80188指令系统比8086/8088增加了若干实用的指令，涉及堆栈操作、位移指令、输入输出指令、过程指令、边界检测及乘法指令。
中央处理器的发展 CPU的英文全称是Central Processing Unit，意思是中央处理单元，我们通常也称之为中央处理器。CPU是电脑中最重要的核心组件。通常，一块CPU都要包含运算/逻辑单元、控制单元和寄存器这三部分，这些单元都被集成在一块面积不大的硅晶片中。 要了解CPU，首先要了解一些CPU方面的术语，拿这颗Intel新推出的P4 （图1）来看，它的一些参数已经在金属外壳上刻有了，1M/800分别代表CPU的主频、二级缓存和前端总线频率。 主频就是这颗CPU的工作频率，一般来说主频越高CPU的速度越快，性能也就越强，主频、倍频和外频之间有一个换算关系：主频＝外频×倍频。这颗CPU的外频是200MHz，于是我们可以推算出它的倍频应该是14。缓存是很重要的一个指标，Int el通常按照二级缓存的多少来划分Pentium和Celeron，通常两者之间有一倍的差距。前端总线（FSB）在Intel P4系列CPU 中和外频之间也有个换算关系：前端总线频率（FSB）＝外频×4，所以通过这里给出的800MHz，我们可以推算出外频为200MH z。 目前，市面上的CPU主要是Intel和AMD两家公司的，下面我们从这两个公司的发展旅程来看看CPU的发展。 CPU双雄：Intel & AMD 一、早期的CPU 早期我们接触的电脑，大部分使用的是Intel的处理器，386、486其实说的就是CPU的型号。例如486是指CPU为Intel 80486（图2）处理器的电脑，Intel的处理器价格昂贵，并不是每个人都能够买得起的，当时一台普通的486电脑售价接近1 0000RMB。这个时候的AMD公司一直都在努力仿照Intel的CPU，推出一系列与之兼容的处理器，而且采取和Intel同样的命名方式，也取名叫386、486。 二、Pentium与K5出现 1993年3月，Intel发布了继80486之后的又一款CPU，并正式取名为Pentium（奔腾），俗称“586”。最初有Pentium
中央处理器cpu主要由什么组成 CPU作为电脑的核心组成部份，它的好坏直接影响到电脑的性能。下面是小编带来的关于中央处理器cpu主要由什么组成的内容，欢迎阅读! 中央处理器cpu主要由什么组成? 运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元(Centre Process Unit，简称CPU)，如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器(Microprocessor，简称MP)。 运算器进行各种算术运算和逻辑运算;控制器是计算机的指挥系统; 1、运算器 运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件(ALU)、累加器及通用寄存器组成。
2、控制器 控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。 CPU 的主要性能指标是主频和字长。 字长表示CPU每次计算数据的能力。如80486及Pentium 系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。 时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。 相关阅读推荐： Intel和AMD双双意识到到目前为止测温问题解决的并不好，于是用到了一个新的方式。这个方式仍然包括热敏二极管，但是热敏二极管是一个模拟器件，所以读数必须被转换成数字数据。这个工作由ADC(模数转换器)来完成。
一个热敏二极管加上一个模数转换器就构成一个被称为DTS(数字温度传感器)的部件。理论上来说这个DTS的工作方式十分简单：一个CPU核心上的电路从热敏二极管上采样然后把数字数据输出到CPU一个特定的寄存器中，从而任何程序都可以随意读取该数据。这种方式的长处就是所有工作都在CPU内部即时完成，和易于被干扰和衰弱的模拟信号相比，数字信号传输的时候不会损失精确性。 这个系统另一个优点就是你可以在一块芯片上集成若干个传感器。Intel和AMD都在CPU的每一个核心上集成了一个DTS，这意味着你可以看到你每一个核心的温度。例如当你在双核CPU上运行程序并把该程序的相关性设定到某一个核心的时候，你会看到只有一个核心会升温并且会升得非常之快。当然另一个核心温度也会上升，毕竟两个核心共处在一个硅片上，只是不会上升到全力工作的核心那么高罢了。 看了中央处理器cpu主要由什么组成文章内容的人还看： 1.cpu由什么和什么组成 2.计算机cpu由什么组成
计算机专业基础综合计算机组成原理（中央处理器）历年真题试 卷汇编1 (总分：66.00，做题时间：90分钟) 一、单项选择题(总题数：26，分数：52.00) 1.CPU的功能包括____。【华中科技大学2007年】 A.指令控制、操作控制、时间控制、数据加工√ B.命令控制、数据控制、时间控制、程序控制 C.数据控制、操作控制、时间控制、数据加工 D.指令控制、数据控制、时间控制、程序控制 考查CPU的功能。CPU的功能主要有指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。 2.在CPU的设汁中，不需要____。【武汉大学2006年】 A.指令寄存器 B.地址译码器√ C.数据寄存器 D.地址寄存器 考查CPU中包含的寄存器。CPU的结构中没有地址译码器。 3.下列部件不属于控制器的是____。【沈阳航空工业学院2005年】 A.指令寄存器 B.程序计数器 C.程序状态字√ D.时序电路 考查控制器中包含的寄存器。控制器由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、存储器地址寄存器(MAR)、存储器数据寄存器(MDR)、指令译码器、时序电路和微操作信号发生器组成。程序状态字(PSW)属于运算器的组成部分。 4.通用寄存器是____。【北京邮电大学2003年】 A.可存放指令的寄存器 B.可存放程序状态字的寄存器 C.本身具有计数逻辑与移位逻辑的寄存器 D.可编程指定多种功能的寄存器√ 考查通用寄存器。存放指令的寄存器是指令寄存器(IR)，存放程序状态字的寄存器是程序状态字寄存器(PSW)，通用寄存器并不一定本身具有计数和移位功能。 5.CPU中保存当前正在执行指令的寄存器是____。【华中科技大学2007年】 A.指令寄存器√ B.指令译码器 C.数据寄存器 D.地址寄存器 考查指令寄存器。指令寄存器用来存放当前正在执行的指令。 6.条件转移指令执行时所依据的条件来自____。【北京航空航天大学2002年】 A.指令寄存器 B.标志寄存器√ C.程序计数器 D.地址寄存器 考查程序状态标志寄存器(PSW)。指令寄存器IR用于存放当前正在执行的指令，程序计数器PC用于指示下一条指令的地址，地址寄存器用于暂存指令或数据的地址，程序状态寄存器PSW用于保存系统的运行状态，条件转移指令执行时，需对PSW的内容进行测试，判断是否满足转移条件。
第五章中央处理器（教案） a)学习目的与要求 学习目的：了解掌握计算机中央处理器的组成原理与控制方式 学习要求：了解CPU的总体结构，掌握指令的执行过程，时序产生器的工作与控制原理，微程序控制技术，各种控制器的结构和工作原理。 本章主要内容： ?CPU的总体结构 ?指令的执行与时序产生器 ?微程序设计技术和微程序控制器 ?硬布线控制器与门阵列控制器 ?CPU的新技术 b)应掌握的知识点 i. CPU的总体结构 CPU由控制器和运算器两个主要部件组成。控制器负责协调和指挥整个计算机系统的操作，控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等组成；运算器接受控制器的命令并负责完成对操作数据的加工处理任务，由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态标志寄存器组成。 CPU主要完成以下几方面的功能：（１）控制指令执行顺序；（２）控制指令操作；（３）控制操作时间；（４）执行算术、逻辑运算。 CPU中完成取指令和执行指令全过程的部件是操作控制器，其主要功能是根据指令操作码和时序信号的要求，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路。 操作控制器有组合．逻辑控制器和微程序控制器两种，二者和差别是它们中的“控制信号形成部件”不同，反映了不同的设计原理和方法。根据设计方法不同可分为：①硬布线控制器；②微程序控制器；③门阵列控制器。 CPU中除了操作控制器外，还必须有时序产生器。时序产生器是对各种操作实施时间上的严格控制的部件。 CPU的组成如图5.1所示。
算术逻辑单元 CPU c c c ALU 取指 控制 执行 控制 时钟 状态反馈操作控制器 时序产生器 状态条件寄存器 累加器 c AC 指令 译码器 程序 计数器PC c c 指令寄存器 c IR c 地址寄存器AR 缓冲 寄存器 DR 存储器 输入/ 输出 数据总线 DBUS 地址总线 ABUS 图5.1 CPU主要组成部分逻辑结构图 ii. 指令的执行与时序产生器 1.指令周期 程序运行的过程是逐条执行指令的过程，而一条指令的执行又分为取指令、取操作数和执行指令等时间段，这些时间段在计算机中称为周期。 取出指令并执行该指令所需的时间称为指令周期。如图5.2所示。 1.取指令 1.取操作数 2.指令译码 2.完成操作 3.PC+! 3.结果回写 4.送操作数地址 4.AC送存储器 图5.2 指令周期、取指周期、执行周期和微操作 指令周期常常用若干个CPU周期数来表示。由于CPU内部的操作速度较快，而CPU 访问一次主存储器所花的时间比较长，故通常是用主存储器中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。CPU周期也称为机器周期。这就是说，一条指令的取出阶段，简称取指，需要一个CPU周期时间。而一个CPU周期又包含有若干个时钟周期，时钟周期通常又称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本时间单位，它由机器的主频决定。一个CPU周期的时间宽度就由若干个时钟周期的总和决定。 几种典型指令的指令周期： （１）非访问内存的指令(如CLA)需要两个CPU周期。如图5.3所示。其中，取指令阶段需要一个CPU周期，执行指令阶段需要一个CPU周期。在第一个CPU周期，从内存
CHAPTER 8 Computer ARITHMETIC (第8章计算机算法) 第三部分中央处理器 本部分介绍指令和数据类型这样的体系结构问题，考察计算机流水线的组织结构问题。 第8章计算机算法 考察ALU的功能，聚焦于实现算术运算的技术和数的表示方法。处理器支持两类算术运算：定点数和浮点数，讨论IEEE 754浮点标准。 第9章指令集：特征和功能 讨论指令集设计的功能方面。①功能类型②操作数类型③操作类型 第10章指令集：寻址方式和指令格式 讨论指令集的词义学问题，讨论指令集的语法学问题，考察指定存储器地址的方式，指令的整体格式。 第11章 CPU结构和功能 介绍寄存器的使用，CPU结构和功能的综述，重申整体组织讨论寄存器集的的具体组织。描述处理器执行机器指令的功能，考察指令周期，探讨使用流水技术改善性能。 第12章精简指令集计算机 介绍RISC概念相关方法，使用RISC设计的动力，考察RISC指令集设计和RISC CPU 体系结构。 第13章超标量处理器 考察超标量技术
第8章 计算机算法 ● 计算机关注数字表示方式和基本算术运算的算法;适用于整数运算和浮点运算 ● 大多数处理器都实现了IEEE 754标准，用于浮点表示和浮点运算 本章重点放在ALU 的计算机算法。 8.1 The Arithmetic and Logic Unit(ALU) (算术和逻辑单元) 某种意义上当考察ALU 时，我们已到达计算机的核心或本质。 算逻单元及计算机所有电子部件都是基于简单数字逻辑装置的使用，这些装置保存二进制数字和完成简单的布尔逻辑运算。 CP200+EP275图8.1指出ALU 与CPU 互连，数据以寄存器提交给ALU ，运算结果也存于寄存器；ALU 亦将设置标志作为运算结果；标志值也存于CPU 内的寄存器中。 8.2 Integer Representation ( 整数表示) 二进制数值系统中，仅用数字0和1、负号和小数点表示任何一个数。对于计算机存储和处理，负号和小数点是不方便的。 通常，若一个n 位二进制数字序列a n-1 a n-2…a 1a 0表示一个无符号整数A=∑-=1 02n i i ai 。 8.2.1 Sign-Magnitude Representation (符号-幅值表示法) 采用一个符号位的最简单的表示法是符号—幅值表示法。以一个n 位字为例，最左位为符号位，其余n-1位为整数的幅值（绝对值） 若定点小数的原码形式为X 0.X 1X 2X 3┅X n-1X n ，则原码定义为： 若定点整数的原码形式为X 0X 1X 2X 3┅X n-1X n ，则原码定义为： 符号-幅值表示法缺点：①加减运算时既要考虑数的符号，又要考虑幅值；②0有两种表示。因此符号-幅值表示法很少用于ALU 中的整数表示，常用的方案是2的补码。 8.2.2 Two ’s Complement Representation ( 2的补码表示法) 2的补码表示法使用最高位作为符号位，表8.1说明2的补码表示法和算术的关键特征。 以2的补码形式来表示一个n 位整数A 。 数零被标识为正的，正整数可表示的范围是由0到2n-1 -1。 ∑2-n 0.i i i 1-n 1-n a 2a 2 -A =+= （8-2）