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CPU逻辑运算原理
第一季继电器先不要扯什么图灵，冯诺依曼这些先贤。因为他们都太遥远。计算机一切计算的源头其Relay）”。继电器是什么鬼？看下图，实是源自一个非常非常中二的东西：“继电器
（
其实就是一个线圈利用电磁感应做成的电磁铁。原理和“电报机”一样，当开关闭合，黄色），接通右边灰色的电电路通电，线圈是金属棒变成磁铁，吸引中间的小开关（Anker 路，点亮灯泡。
简单说，就是你在家一按开关，隔壁老王家的灯亮了。
“反相器”和“非门”第二季专业资料Word
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不按绝对不为什么说继电器是个很中二的东西？因为这不就是开关吗？我按了它才亮，真就是这货发展而来的。它的变种就开始好玩了。最简单的一个变种，就CPU亮。但。就是隔壁老王家的灯本来是亮着的，“反相器（是“反继电器”，或者叫Inverter）”我手上的开关一按，灯就灭了。
是接通的，。本来开关T1）”反相器到了现代计算机里，就叫做“非门（NOT Gate低位电，电路中断，输出变为T10（1V高位电平）。一旦闭合开关（是Output15V 平）。
，输出就1“非门”用下面这个符号表示。简单说，就是输出永远和输入是反的，输入专业资料Word
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0。输入，输出就是1。是0
第三季逻辑门家族”，就AND Gate与门（）和“非门”一样，我们能得到一堆其他特性的门。比如，“是两个开关串联。必须两个开关同时闭合，灯泡才能亮。
）”，两个开关并联，只要其中一个开关闭合，灯泡就会亮。OR Gate“或门（
专业资料Word
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）”Logic Gates。长话短说，下图是所能得到的几个基本“逻辑门
（
“逻辑门”在本质上和之前讲的“继电器”都是“控制电路”。虽然看上去比较复杂，但老王一定很郁闷。或者说都是我手里握着控制老王家花式吊灯的各种开关。
第四季逻辑但其中却可能蕴含着人逻辑门虽然被我说得很淳朴，就是控制隔壁老王家吊灯的开关。。这也是为什么它被叫做）类大脑，甚至是这个世界终极奥义的一部分：逻辑（Logic 逻辑门。爱因斯坦曾说过：
世界上最不可思议的事情,就是这个世界是可以被“理解”的。：简直是细思极恐有木有！最简单的例子，亚里士多德给出的经典“Barbara”三段论
），（大前提）M）都是必死的（P如果所有人（），（小前提））都是人（MS并且所有希腊人（）。（结论）P那么所有希腊人（S）都是必死的（）的野心就是想通过一组公理，和逻辑推理过（Formal system形式系統数学上，一个程，来描述和证明我们的客观世界。说到这里我们计算机的祖师爷们就都出来了：莱布专业资料Word
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尼兹，康托尔，布尔，图灵，等等等等。著名的图灵机就是在这个议题的争论中无心插》这本书。
这里只豆瓣()柳的副产品。这个主题无法展开。感兴趣推荐看《逻辑的引擎
的例子：）”“布尔代数（Boolean algebra举一个最简单的
我喜欢（长头发）的（不是）（蛇精脸）的女生用布尔代数来表示就是：
长头发AND 蛇精脸）（NOT
说到这里，是不是和前面说的逻辑门联系起来了？逻辑电路第五季但是逻辑是逻辑，继电器是继电器，就算上面的花式继电器也是继电器。把逻辑和继电Claude Elwood （器联系起来的是一位不得不提的大师，克劳德·艾尔伍德·香农绝对最）Shannon和他的那篇史上最牛硕士论文：《继电器与开关电路的符号分析》。牛，没有之一！还是之前那个例子：
我喜欢（长头发）的（不是）（蛇精脸）的女生如果：
A代表：长头发代表：蛇精脸B那我喜欢的女生就可以写成一个布尔函数：
把一个逻辑命题用符号写成一个公式有什么用呢？那是因为这样就可以很方便地转换如下图。成一个“逻辑表决器”，专业资料Word
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也是如B1总线为原理很简单，当A=1时，纵向的A1。当。A=0时，总线输出的输入为A总线上，用个与门连接。所以只有当此。最后的输出线搭在A总线和，代表我能接受这个女孩。不信大家可以人肉推演一1Out1，B的输入为0时，才为下。
都能转换成上面这样的表决器。就好像电路有了人类逻辑思考的理论上任何布尔函数，能力。“图灵机”和“累加器”第六季了。图灵机模型，相比上面说到的逻辑电Turing）总算要说到计算机的祖师爷图灵（。因为根据图灵机模拟人类计算时大脑的工作状态的模型，人路，要多一个“存储器”类的任何计算都可以抽象成一个机械化的过程。，然后心中默记产生一个进位。最终2等于12，写下5+7=12考虑这个加法。5加7。12写成
5
7 +
-----
专业资料Word
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12换成二进制，是一个道理，
0101 0000
0111 0000+
-------------
0000 1100
其中每一位的加法还是能分解成两个动作：
1.同一位的两个数字相加
2.，则向前进一位如果当前位结果大于1
CPU的原始工作模式 在了解CPU工作原理之前，我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的。CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应！这样，计算机就具备了处理信息的能力。 但你不要以为，只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单，其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的。在晶体管之前，计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来，科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中，这样便创作出第一个集成电路，再后来才有了微处理器。 看到这里，你一定想知道，晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢？其实，所有电子设备都有自己的电路和开关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置为OFF，电子将停止流动，如果你再将其设置为ON，电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样，晶体管的ON状态用“1”来表示，而OFF状态则用“0”来表示，就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况，将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子，十进位中的1在二进位模式时也是“1”，2在二进位模式时是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此类推，这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值，也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制，晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。 CPU的内部结构 现在我们已经大概知道CPU是负责些什么事情，但是具体由哪些部件负责处理数据和执行程序呢？ 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
[论文]CPU的内部结构与工作原理CPU的内部结构与工作原理 1.CPU的内部结构与工作原理 CPU是Central Processing Unit,,中央处理器的缩写，它由运算器和控制器组成，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(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(存储器)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。 2.CPU的相关技术参数 (1)主频 主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频,外频×倍频系数。很多人以为认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系的。当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且CPU的运算速度还要看CPU 的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是CPU 性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。 (2)外频 外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，
在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB) 频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。 (3)前端总线(FSB)频率 前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽,(总线频率×数据带宽)/8。外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说， 100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是 100MHz×64bit?8Byte/bit=800MB/s。 (4)倍频系数 倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应——CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。 (5)缓存 缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般L1缓存的容量通常在32,256KB.
CPU组成 中央处理单元（Central Processing Unit；CPU），亦称微处理器（Micro Processor Unit），由运算器与控制器组成，其内部结构分为控制单元（Control Unit；CU）、逻辑单元（Arithmetic Logic Unit；ALU）、存储单元（Memory Unit；MU）三部分，各部件相互协调，进行分析、判断、运算并控制计算机各组件工作。 一、内核 ●运算器 运算器是计算机的处理中心，主要由算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit；ALU）、浮点运算单元（Floating Point Unit；FPU）、通用寄存器和状态寄存器组成。 算术逻辑单元主要完成二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）及各种移位操作。 浮点运算单元主要负责浮点运算和高精度整数运算。 通用寄存器用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果。 状态寄存器在不同机器中有不同规定，程序中，状态位通常作为转移指令的判断条件。 ●控制器 控制器是计算机的控制中心，决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制器、时序控制器、总线控制器、中断控制器等几个部分。 1)指令控制器完成取指令、分析指令和执行指令的操作。 2)时序控制器要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。 时序控制器包括时钟发生器和倍频定义单元，其中时钟发生器由石英晶体振荡器发出稳定的脉冲信号，即CPU的主频；而倍频定义单元则定义CPU主频是存储器频率（总线频率）的几倍。 一般时钟脉冲就是最基本时序信号，是整个机器的时间基准，称为主频。执行一条指令所需时间叫做一个指令周期，不同指令的周期有可能不同。一般为便于控制，根据指令的操作性质和控制性质不同，会把指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段就是一个CPU周期。早期，CPU同内存速度差异不大，所以CPU周期通常和存储器存取周期相同。后来，随着CPU的发展，速度远高于存储器，于是常将CPU周期定义为存储器存取周期的几分之一。 3)总线控制器是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路。 就CPU而言一般分为内部总线和CPU对外联系的外部总线，外部总线又叫系统总线、前端总线（FSB）等，包括地址总线、数据总线、控制总线等。 4)中断控制器指计算机由于异常事件，或随机发生需立即外理事件，引起CPU暂时停止当前程序执 行，转向另一服务程序以处理当前事件，处理完成后返回原始程序的过程。 由机器内部产生的中断，称做陷阱（内部中断），由外部设备引起的中断叫外部中断。 二、外核 1.解码器（Decode Unit） x86CPU特有设备，作用是把长度不定的x86指令转换为长度固定的指令，交由内核处理。解码分为硬件解码和微解码，对于简单的x86指令只要硬件解码即可，速度较快，而遇到复杂的x86指令则需要进行微解码，并把它分成若干条简单指令，速度较慢且很复杂。 2.一级缓存和二级缓存（Cache） 一级缓存和二级缓存是为了缓解较快的CPU与较慢的存储器之间的矛盾而产生，一级缓存通常集成在CPU内核，而二级缓存则是以OnDie或OnBoard的方式以较快于存储器的速度运行。对于一些大数据交换量的工作，CPU的Cache显得尤为重要。 三、指令系统 指令系统指的是一个CPU所能够处理的全部指令的集合，是一个CPU的根本属性，因为指令系统决定了一个CPU能够运行什么样的程序。我们常说的CPU都是X86系列及兼容CPU ，所谓X86指令集是美国Intel 公司为其第一块16位CPU（i8086）专门开发的，虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium4系列，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源（如Windows系列），Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集。另外除Intel 公司之外，
一、中央空调软化水设备工作原理: 水的硬度主要是由其中的阳离子：钙（Ca2+）、镁(Mg2+)离子构成的。 当含有硬度离子的原水通过交换器树脂层时，水中的钙、镁离子与树脂内的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，这样从交换器内 流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。 随着交换过程的不断进行，树脂中Na+全部被置出来后就失去了交换功能，此时必须使用Nacl溶液对树脂进行再生，将树脂吸附的Ca2+、Mg2+置换下来，树脂重新吸附了钠离子，恢复了软化交换能力。
二、中央空调软化水设备产品结构： 1. 进口控制阀：阀体材质为高强度轻质耐腐蚀工程塑料、无铅黄铜。 2. 抗腐蚀罐体：罐体材质为玻璃钢（可选用碳钢或不锈钢衬塑罐体），罐体防腐、耐压，使用寿命长。 3. 均匀布水系统：采用射流式布水，树脂有效交换容量得以充分发挥，用盐控制精确，无须盐泵。 4. 进口高性能树脂：选用强酸性阳离子交换树脂，破损率低，粒度均匀，提高离子交换率。 三、中央空调软化水设备工作程序： 1. 供水：未处理的水通过树脂层，发生交换反应，产生软水。 2. 反洗：水从树脂层下部进入，松动树脂，去除细碎杂物。 3. 进盐水再生：利用较高浓度的盐水（Nacl）流过树脂，将失效树脂重新还原为钠型可用树脂。
4. 冲洗：按照供水时的流程使水通过树脂冲洗掉多余的盐液和再生交换下来 的钙、镁离子。 5. 注水：向盐箱内注水，溶解食盐，以备下次再生所用。 四、中央空调软化水设备性能特点： 1. 高效：软水器整体设计配套合理，使树脂的有效工作交换容量得以充分发挥。 2. 省工：自动化程度高，无需设专人值守。 3. 省水：软水器制水率达98%以上。 4. 省电：采用虹吸再生原理，无需盐泵，耗电量仅相当于手动软水设备的1%。 5. 占地空间小：只需提供树脂罐和盐罐的占地空间，节省管路、盐泵所占空间。 6. 调整方便：用户可根据实际需要，自行调整再生周期和再生时间。 7. 运行费用低：由于自动化程度高，软水器能适应水量变化，精确地计量产 水量、计量再生剂的用量，避免了再生时再生剂无辜的浪费，同时可节省大量 的人工费。
简单的说cpu就像是一个大的存放开关的工厂，每个晶体管就是一个开关，关的时候 表示0，开的时候表示1， 晶体管越多，开关也越多，在处理同一个问题的时候走的线路也就越多。这就像是你 以前学初中物理时的并联 电路，之路越多流通的线路也越多。同样，cpu的晶体管越多，单位时间内可以流过的电流的支路也就越多反 映在宏观上就是你在一颗cpu上能同时处理的数据也就越多，机器也就越快。 更现实生活一样，人多力量大 晶体管有的组成CPU内部数字开关,有的组成CPU内部的缓存;人多当然力量大，做的 事情多，速度肯定快 CPU工作原理揭秘 众所周知，CPU是电脑的“心脏”，是整个微机系统的核心，因此，它也往往成了各种档次微机的代名词，如昔日的286、386、486，奔腾、PII、K6到今天的PIII、P4、K7等。回顾 CPU发展历史，CPU在制造技术上已经获得了极大的提高，主要表现在集成的电子元件 越来越多，从开始集成几千个晶体管，到现在的几百万、几千万个晶体管，这么多晶 体管，它们 是如果处理数据的呢? ◆ CPU的原始工作模式在了解CPU工作原理之前，我们先简单谈谈CPU是如何生产出 来的。CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块 指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子电子开关，它们是构建
CPU的基石 ，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态：ON （开）和OFF（关）。这一开一关就相等于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与 二进制中的 基础状态“0”和“1”对应！这样，计算机就具备了处理信息的能力。但你不要以为，只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单，其实它们的发展是经过科 学家们多 年的辛苦研究得来的。在晶体管之前，计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和 机械开关来处理信息。后来，科技人员把两个晶体放置到一个硅晶体中，这样便创作 出第一个集 成电路，再后来才有了微处理器。看到这里，你一定想知道，晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢？其实，所有电子设备都有自己的 电路和开 关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置微OFF，电子将停止流动，如果你再将其设置为ON，电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子 信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样，晶体管的ON状态用“1”来 表示，而OFF状态则用“0”来表示，就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生 的多个“1” 与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况，将其定义为字母、数字、颜色和图形。 举个例子，十进制位中的1在二进制模式时也是“1”，2在二进制位模式时是“10”，3是“11”
CPU的内部架构和工作原理 一直以来，总以为CPU内部真是如当年学习《计算机组成原理》时书上所介绍的那样，是各种逻辑门器件的组合。当看到纳米技术时就想，真的可以把那些器件做的那么小么？直到看了Intel CPU制作流程及AMD芯片的制作流程的介绍不禁感慨，原来科技是如此的发达。 本文我们以Intel为例对CPU的工作原理做简单介绍，仅仅是简单介绍， 那么AMD，ARM，MIPS甚至PowerPC你应该会触类旁通才对。 还记得那是1968年7月18日，鲍勃-诺斯和戈登-摩尔的新公司在美国加 利福尼亚州，美丽的圣弗朗西斯科湾畔芒延维尤城的梅多费大街365号开张了。 并在成立不久斥资15000美元从一家叫INTELCO的公司手中买下了Intel名 称的使用权。由此Intel这位半导体巨人开始了他在IT行业传奇般的历史。 1971年11月15日，这一天被当作全球IT界具有里程碑意义的日子而被写入 许多计算机专业教科书。Intel公司的工程师特德·霍夫发明了世界上第一个微 处理器—4004，这款4位微处理器虽然只有45条指令，而且每秒只能执行5万 条指令。甚至比不上1946年由美国陆军宾夕法尼亚大学研制的世界第一台计算 机ENIAC。但它的集成度却要高很多，一块4004的重量还不到一盅司。他因 发明了微处理器，被英国《经济学家》杂志称为“第二次世界大战以来最有影响 的科学家之一”。Intel公司的CPU发展历程如下表所示：
以及后面的Pentium 1,2,3和4，再到酷睿、酷睿2，这里就不再一一列举。Intel从8086开始，就进入了我们所谓的x86时代。而80386的诞生则标志着Intel正是进入了32位微处理器的时代。从80386到Pentium 4这个年代的CPU，就是传说中的IA-32时代。 我们都知道CPU的根本任务就是执行指令，对计算机来说最终都是一串由“0”和“1”组成的序列。CPU从逻辑上可以划分成3个模块，分别是控制单元、运算单元和存储单元，这三部分由CPU内部总线连接起来。如下所示：
CPU的工作过程 CPU的工作过程 CPU的基本工作是执行存储的指令序列，即程序。程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程。 CPU从存放程序的主存储器里取出一条指令，译码并执行这条指令，保存执行结果，紧接着又去取指令，译码，执行指令……，如此周而复始，反复循环，使得计算机能够自动地工作。除非遇到停机指令，否则这个循环将一直进行下去。其过程如图3-3所示 图3-3 程序的执行过程 3.2.1 指令的执行过程 几乎所有的冯?诺伊曼型计算机的CPU，其工作都可以分为5个阶段：取指令、指令译码、执行指令、访存取数和结果写回。如图3-4所示。 图3-4 指令的执行过程 1．取指令阶段 取指令（Instruction Fetch，IF）阶段是将一条指令从主存中取到指令寄存器的过程。 PC，依此类推。?PC，若为双字长指令，则(PC)+2?程序计数器PC中的数值，用来指示当前指令在主存中的位置。当一条指令被取出后，PC中的数值将根据指令字长度而自动递增。若为单字长指令，则(PC)+1
2．指令译码阶段 取出指令后，计算机立即进入指令译码（Instruction Decode，ID）阶段。 在指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别和区分出不同的指令类别及各种获取操作数的方法。 在组合逻辑控制的计算机中，指令译码器对不同的指令操作码产生不同的控制电位，以形成不同的微操作序列；在微程序控制的计算机中，指令译码器用指令操作码找到执行该指令的微程序的入口，并从此入口开始执行。 在传统的设计里，CPU中负责指令译码的部分是无法改变的硬件。不过，在众多运用微程序控制技术的新型CPU中，微程序有时是可重写的，可以通过修改成品CPU来改变CPU的译码方式。 3．执行指令阶段 在取指令和指令译码阶段之后，接着进入执行指令（Execute，EX）阶段。 此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能。为此，CPU 的不同部分被连接起来，以执行所需的操作。 例如，如果要求完成一个加法运算，算术逻辑单元（ALU）将被连接到一组输入和一组输出，输入端提供需要相加的数值，而输出端将含有最后的运算结果。 4．访存取数阶段 根据指令需要，有可能要访问主存，读取操作数，这样就进入了访存取数（Memory，MEM）阶段。 此阶段的任务是：根据指令地址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。 5．结果写回阶段 作为最后一个阶段，结果写回（Writeback，WB）阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式。结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取。在有些情况下，结果数据也可被写入相对较慢、但较廉价且容量较大的主存。许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态，这些标志位标识着不同的操作结果，可被用来影响程序的动作。 在指令执行完毕、结果数据写回之后，若无意外事件（如结果溢出等）发生，计算机就接着从程序计数器PC中取得下一条指令地址，开始新一轮的循环，下一个指令周期将正常地顺序取出下一条指令。 许多新型CPU可以同时取出、译码和执行多条指令，体现出并行处理的特性。
CPU的工作原理浅析 一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理装置, 它们是由各种实在的器件所组成，是计算机进行工作的物质基础。计算机硬件系统中最重要的组成部分是中央处理器(CPU ) 。 （一）CPU的基本概念和组成 中央处理器简称CPU(Central Processing Unit),它是计算机系统的核心,主要包括运算器和控制器两个部件。如果把计算机比作一个人，那么CPU就是心脏，其重要作用由此可见一斑。CPU的内部结构可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，三个部分相互协调，便可以进行分析，判断、运算并控制计算机各部分协调工作。 计算机发生的所有动作都是受CPU控制的。其中运算器主要完成各种算术运算(如加、减、乘、除)和逻辑运算( 如逻辑加、逻辑乘和非运算); 而控制器不具有运算功能,它只是读取各种指令,并对指令进行分析,作出相应的控制。通常,在CPU中还有若干个寄存器,它们可直接参与运算并存放运算的中间结果。 我们常说的CPU都是X86系列及兼容CPU ,所谓X86指令集是美国Intel公司为其第一块16位CP U（i8086）专门开发的，美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的CPU—i8088（i8086 简化版）使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的X87芯片系列数学协处理器则另外使用X8 7指令，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium Ⅲ系列，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集。 另外除Intel 公司之外，AMD和Cyrix等厂家也相继生产出能使用X86指令集的CPU，由于这些CPU能运行所有的为Inte l CPU所开发的各种软件，所以电脑业内人士就将这些CPU列为Intel的CPU兼容产品。由于Intel X8 6系列及其兼容CPU都使用X86指令集，就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU 阵容。 （二）CPU主要技术参数 CPU品质的高低直接决定了一个计算机系统的档次，而CPU的主要技术特性可以反映出CPU的大致性能。 1、位、字节和字长 CPU可以同时处理的二进制数据的位数是其最重要的一个品质标志。人们通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的C PU可以同时处理16位、32位的二进制数据。早期有代表性的IBM PC/XT、IBM PC/AT 与 286机是16位机,386机和486机是32位机,586机则是64位的高档微机。 CPU按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等。 位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。 字节和字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字节的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个宇节，而32位的CPU一次就能处理4
CPU 的根本任务就是执行指令，对计算机来说最终都是一串由0 和1 组成的序列。CPU 从逻辑上可以划分成3个模块，分别是控制单元、运算单元和存储单元。 【1】控制单元 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OC（Operation Controller）等组成，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。 【2】运算单元 运算单元是运算器的核心。可以执行算术运算（包括加减乘数等基本运算及其附加运算）和逻辑运算（包括移位、逻辑测试或两个值比较）。相对控制单元而言，运算器接受控制单元的命令而进行动作，即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。 【3】存储单元 存储单元包括CPU 片内缓存和寄存器组，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。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。
总的来说，CPU 从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。具体过程可分为以下四步： 【1】取指令 CPU 控制器从内存读取一条指令并放入指令寄存器。指令的格式如下： 操作码：就是汇编语言里的mov，add，jmp 等符号码； 操作数地址：说明该指令需要的操作数所在的地方，在内存里还是在CPU的内部寄存器里。 【2】指令译码 指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作（就是指令里的操作码）、操作数在哪里（操作数的地址）。 【3】执行指令 执行指令分为两个阶段：取操作数和进行运算。 取操作数：CPU 通过寻址操作，从内存（数据段）中读取操作数到通用寄存器，暂存起来。 进行运算：运算单元通过指令中的操作码，对寄存器中的操作数进行mov，add，jmp 操作。 【4】指令计数 修改指令计数器，决定下一条指令的地址。CPU 重复上述三步操作，处于内存代码段的指令被逐个的执行，直到程序执行完毕为止。 CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以，能处理字长为8 位数据的CPU 通常就叫8 位的CPU。同理，32 位CPU 能在单位时间内处理字长为32 位的二进制数据。常见的32位CPU 和64位CPU 主要存在以下两个差异： 【1】处理能力不同 32 位CPU 的一个指令，最大能处理32 位二进制数据，即一次能处理4 个字节数据。 64 位CPU 的一个指令，最大能处理64 位二进制数据，即一次能处理8 个字节数据。 【2】寻址空间不同 32 位CPU 的寻址范围是32 位的二进制，32位二进制能表示的地址长度为2的32次方，即寻址空间最大为4GB。而64 位CPU的寻址范围是64 位的二进制，能表示的地址长度更大，其寻址空间也会更大。
毕业设计（论文） 标题：cpu电源供电电路的分析 学生姓名：曾光玉 系部：汽车电子系 专业：计算机硬件与外设 班级：1001班 指导教师：肖永忠 株洲职业技术学院教务处制
目录 摘要 (3) 1、cpu供电电路的组成 (4) 1.1cpu供电电路的功能 (4) 1.2cpu供电电路的组成 (4) 2、cpu供电电路的工作原理及分析 (8) 2.1单相cpu供电电路详解 (8) 2.2两相cpu供电电路详解 (11) 3、cpu供电电路故障检修 (14) 3.1cpu供电电路的易损元件 (14) 3.2cpu供电电路的检修方法 (14) 3.3cpu供电电路的检修流程 (15) 结论 (16) 参考文献 (17) 后记 (18)
摘要 现在我们生活在信息泛滥的时代，电脑已经普及到每家每户。但是买电脑容易，修电脑难，如果送去维修又太不划算而且费时，所以在生活中我们掌握一些简单的维修技术不仅节约了宝贵的时间同时又节约了一些不必要的开支。 这本书主要详细讲解了主板的八大电路中其中之一的cpu供电电路。从cpu供电电路的组成到cpu供电电路的维修一一做了比较详细的分析。 本书在编写的过程中参考了大量的资料，笔者在此对这些作者表示衷心的感谢。由于本书编写时间匆促，加上作者水平有限，难免有错漏之处，请读者批评指正。 关键词：cpu供电电路原理、电源管理芯片、导通、截止。
1.cpu供电电路的组成 1.1cpu供电电路的功能 主板的CPU供电电路最主要的功能是为CPU提供电能，保证CPU在高频，大电流工作状态下稳定地运行。同时，由于现在的CPU功耗非常大，从低负荷到满负荷，电流的变化非常大，为了保证CPU能够在减速的负荷变化中，不会因为电流供应不上而无法工作，CPU供电电路要求具有非常快速的大电流响应能力。 另外，CPU供电电路同时也是主板上信号强度最大的地方，处理得不好会产生串扰效应，而影响到较弱信号的数字电路部分，因此CPU供电部分的电路设计制造要求通常都比较高。简单来说，CPU供电部分的最终目的就是在CPU 电源输入端达到CPU对电压和电流的要求。 1.2cpu供电电路的组成 主板的CPU供电电路主要由电源管理芯片、电感线圈、场效应管（MOSFET管）和电解电容等元器件组成。如下图所示。 ①输入端的滤波电容和扼流电感；
一CPU的原始工作模式 在了解CPU工作原理之前,我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的。CPU 是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上,用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此,从这个意义上说,CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言,晶体管就是微型电子开关,它们是构建CPU的基石,你可以把一个晶体管当作一个电灯开关,它们有个操作位,分别代表两种状态:ON(开和OFF(关。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开,而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应!这样,计算机就具备了处理信息的能力。 但你不要以为,只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单,其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的。在晶体管之前,计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来,科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中,这样便创作出第一个集成电路,再后来才有了微处理器。 看到这里,你一定想知道,晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢?其实,所有电子设备都有自己的电路和开关,电子在电路中流动或断开,完全由开关来控制,如果你将开关设置为OFF,电子将停止流动,如果你再将其设置为ON,电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF 的切换只由电子信号控制,我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样,晶体管的ON状态用“1”来表示,而OFF状态则用“0”来表示,就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况,将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子,十进位中的1在二进位模式时也是“1”,2在二进位模式时是“10”,3是“11”,4是“100”,5是“101”,6是“110” 等等,依此类推,这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值,也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制,晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。 CPU的内部结构
vCPU工作原理 术语解释： 1、CPU主频 在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的模拟信号。在单位时间（1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。频率是描述周期性脉冲信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫）。计算机的系统时钟是频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。其相应的单位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz （兆赫）、GHz（吉赫）。其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz，1GHz=109Hz。 CPU主频即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。CPU主频：CPU数字脉冲信号正弦波震荡的速度。CPU轮询时间片：主频2.0GHz（2*109次/秒），时间片：(1/2亿)秒。 案例：1颗单核CPU，同一时间运行MP3、word，CPU通过时间片轮询处理应用。 2、CPU缓存 缓存的工作原理：CPU读取数据时先从CPU内置缓存中查找，若找到就立即读取并送给CPU处理；若没有找到，则用相对慢的速度从内存中读取并送CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使CPU后续对整块数据的读取都从缓存中调取，不再调用内存。 用来提高效率。提升效果大约有30%左右。通俗讲：一个火车站共8个售票员，而只有一个售票窗口。一个窗口只需要4个人就可以应付的很好，那么闲着的4个就会发呆白拿工资。若此时增加一个售票窗口，将发呆的4个人利用起来，就可以提高一倍的工作效率，就算一号窗口人手不足从二号窗口又抽调了2个人，2号窗口剩下的2个人依然可以分流1号窗口的工作压力，总体上提升了效率。 虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正的CPU那样，每个CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。从某种角度上来说，超线程技术主要是增加了逻辑CPU的数量，即增加执行线程数，而不是提升处理器内核的性能。 4 、VMkernel（进程；OS---VMFS群集文件系统(虚拟磁盘、网络交换)）
cpu运行过程介绍 cpu运行过程介绍一两种说别针intelamd amd工作式：假定数据先存硬盘cpu要处理该数据要先发指令北桥芯片通南桥芯片提供数据通道数据硬盘转存内存cpu内存数据调入cpu缓存通cpu自带指令集处理通cpu缓存转存内存再存入硬盘 intel：intel第二代酷睿处理器高集度南桥芯片再现主板南桥芯片功能集合cpu使其具南桥功能工作式述 需要补充说明由于intel与amd产处理器处理器架设数据处理流水线级数同intel处理器更适合用于处理办公用线性数据amd则适用于处理游戏随机数据amd玩游戏更intel办公说由. cpu运行过程介绍二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。 数据与指令在cpu中的运行 刚才已经为大家介绍了cpu的部件及基本原理情况，现在，我们来看看数据是怎样在cpu中运行的。我们知道，数据从输入设备流经内存，等待cpu的处理，这些将要处理的信息是按字节存储的，也就是以8位二进制数或8比特为1个单元存储，这些信息可以是数据或指令。 数据可以是二进制表示的字符、数字或颜色等等。而指令告诉cpu对数据执行哪些操作，比如完成加法、减法或移位运算。 我们假设在内存中的数据是最简单的原始数据。首先，指令指针(instruction pointer)会通知cpu，将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号(称为地址)，可以根据这些地址把数据取出，通过地址总线送到控制单元中，指令译码器从指令寄存器ir中拿来指令，翻译成cpu可以执行的形式，然后决定完成该指令需要哪些必要的操作，它将告诉算术逻辑单元(alu)什么时候计算，告诉指令读取器什么时候获取数值，告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。 假如数据被送往算术逻辑单元，数据将会执行指令中规定的算术运算和其他各种运算。当数据处理完毕后，将回到寄存器中，通过不同的指令将数据继续运行或者通过db总线送到数据缓存器中。 基本上，cpu就是这样去执行读出数据、处理数据和往内存写数据3项基本工作。但在通常情况下，一条指令可以包含按明确