微處理器分類及組成

　　微處理器由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。

　　微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機(jī)的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機(jī)。

　　微處理器分類

　　（1）：“ 微處理器

　　微處理器是一個集中取指令和處理一組通用指令的單元。

　　指令集包含數(shù)摒轉(zhuǎn)移操作、ALU（ArithmeticLogicUnit）、堆棧操作; 輸入和輸出操作以及程序控制和管埋操作。任何一個CPU必須具備下列基本功能單元。

　　（a）：一個控制單元，用于取指和控制一個給定命令或指令的順序執(zhí)行，并與系統(tǒng)其余部分進(jìn)行通信。

　?。╞）：一個ALU 單元，用于對學(xué)節(jié)或者字的算術(shù)和邏輯操作。它可以立即處理8，16，32或者64位的數(shù)據(jù)。

　　微處理器是一個VLSl（VeryLargeScaleIntegratedcircuit）芯片，芯片中有一個CPU，還可以有其他附加的單元（如高速緩存Cache，浮點處埋算術(shù)單元，流水線和超標(biāo)量單元），這樣可以提高處理器的效率。

　　名詞解釋：

　　高速緩存：由于CPU 的運算速度愈來愈快，主存儲器（DRAM）的數(shù)據(jù)存取速度通常無法跟上CPU 的速度，因而影響計算機(jī)的執(zhí)行效率，如果在CPU 與主存儲器之間，使用速度最快的SRAM 作為CPU 的數(shù)據(jù)待取區(qū)，將可大幅提升系統(tǒng)的執(zhí)行效率，而且透過Cache來事先讀取CPU 可能需要的數(shù)據(jù)，可避兔主存儲器與速度更慢的輔助內(nèi)存的頻繁存取數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的執(zhí)行效率也大有幫助。

　　例如當(dāng)CPU 處理數(shù)據(jù)時，，它會先到高速緩存中去尋找，如果數(shù)據(jù)因之前的操作已經(jīng)讀取而被暫存其中，就不需要再從主內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)一一由于CPU 的運行速度一般比主內(nèi)存快，因此若要經(jīng)常存取主內(nèi)存的話，就必須等待數(shù)個CPU 周期從而造成浪費。

　　浮點處理算術(shù)單元：

　　浮點數(shù)： 浮點數(shù)是屬于有理數(shù)中某特定子集的數(shù)的數(shù)字表示，在計算機(jī)中用以近似表示任意某個實數(shù)。具體的說，這個實數(shù)由一個整數(shù)或定點數(shù)（即尾數(shù)） 乘以某個基數(shù)（計算機(jī)中通常是2） 的整數(shù)次冪得到，這種表示方法類似： 于基數(shù)為10的科學(xué)記數(shù)法。

　　一個浮點數(shù)a 由兩個數(shù)m和e 來表示： a=mx b^c。在任意一個這樣的系統(tǒng)中，我們選擇一個基數(shù)b（記數(shù)系統(tǒng)的基） 和精度p （即使用多少位來存儲）。m （即尾數(shù)） 是形如+dddd..dd的p位數(shù)（每一位是一個介于0到b-1之間的整數(shù)，包括0和b-1）。如果m的第一位是非0整數(shù)，m稱作規(guī)格化的。有一些描述使用一個單獨的符號位（s 代表+或者~） 來表示正負(fù)，這樣m必須是正的。e 是指數(shù)。

　　在計算機(jī)中表示- 一個浮點數(shù)，其結(jié)構(gòu)如下：

　　尾數(shù)部分（定點小數(shù)）階碼部分（定點整數(shù)）

　　流水線：

　　計算機(jī)流水線（Pipeline） 技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用于微處理芯片（CPU） 中的一項關(guān)鍵技術(shù)，計算機(jī)流水線技術(shù)指的是對CPU 內(nèi)部的各條指令的執(zhí)行方式的一種形容。

　　在低檔的CPU 中，指令的執(zhí)行是串行的，而具有流水線的CPU 在執(zhí)行上條指令的同時，又在并行地取下條指令。這在CPU技術(shù)上是一個質(zhì)的飛躍。

　　超標(biāo)量：

　　超標(biāo)量（superscalar） 是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令，這種設(shè)計就叫超標(biāo)量技術(shù)。

　　超標(biāo)量是通過內(nèi)置多條流水線來同時執(zhí)行多個處理器，其實質(zhì)是以空間換取時間。而超流水線是通過細(xì)化流水、提高主頻，使得在一個機(jī)器周期內(nèi)完成一個甚至多個操作，其實質(zhì)是以時間換取空間。例如Pentium4 的流水線就長達(dá)20級。將流水線設(shè)計的步（級）越長，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。但是流水線過長也帶來了一定副作用，很可能會出現(xiàn)主頻較高的CPU實際運算速度較低的現(xiàn)象，Intel 的奔騰4 就出現(xiàn)了這種情況，雖然它的主頻可以高達(dá)1.4G以上，但其運算性能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上AMD12G的速龍甚至奔ll1。

　　微處理器組成

　　微處理器是微型計算機(jī)的核心部分，又稱為中央處理器（簡稱CPU）。微處理器主要由控制器和運算器兩部分組成（還有一些支撐電路），用以完成指令的解釋與執(zhí)行。

　　1.CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。

　　2.邏輯部件：

　　英文Logic components；運算邏輯部件?？梢詧?zhí)行定點或浮點算術(shù)運算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執(zhí)行地址運算和轉(zhuǎn)換。

　　3.寄存器部件：

　　寄存器部件，包括寄存器、專用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定點數(shù)和浮點數(shù)兩類，用來保存指令執(zhí)行過程中臨時存放的寄存器操作數(shù)和中間（或最終）的操作結(jié)果。 通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。

　　4.控制部件：

　　英文Control unit；控制部件，主要是負(fù)責(zé)對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。

　　其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是以微存儲為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯硬布線結(jié)構(gòu)為主的控制方式。

　　微存儲中保持微碼，每一個微碼對應(yīng)于一個最基本的微操作，又稱微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構(gòu)成微程序。中央處理器在對指令譯碼以后，即發(fā)出一定時序的控制信號，按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個微操作，即可完成某條指令的執(zhí)行。

　　簡單指令是由（3～5）個微操作組成，復(fù)雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。