计算机组织与结构 (24).pdf

CPU的寄存器1.用户可见寄存器(1)通用寄存器 存放操作数 可作 某种寻址方式所需的 寄存器(2)数据寄存器 存放操作数（满足各种数据类型）两个寄存器拼接存放双倍字长数据(3)地址寄存器 存放地址，其位数应满足最大地址范围 用于特殊的寻址方式 段基址 栈指针(4)条件码寄存器 存放条件码，可作程序分支的依据 如正、负、零、溢出、进位等2.控制和状态寄存器(1)控制寄存器PC MAR M MDR IR控制 CPU 操作其中 MAR、MDR、IR 用户不可见 PC 用户可见(2)状态寄存器 PSW/flags 存放程序状态字CPU的寄存器CPU的控制单元控制单元的外特性指令寄存器控制单元 CU时钟标志CPU 内部的控制信号到系统总线的控制信号来自系统总线的控制信号系统总线输入信号(1)时钟CU受时钟控制一个时钟脉冲 发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令 指令寄存器 OP(IR)CU控制信号与操作码有关 标志 CU受标志控制(4)外来信号如INTR中断请求HRQ总线请求指令寄存器控制单元 CU时钟标志CPU 内部的控制信号到系统总线的控制信号来自系统总线的控制信号系统总线输出信号(1)CPU内的各种控制信号(2)送至控制总线的信号Ri Rj(PC)+1 PCALU 、与、或INTAHLDA访存控制信号访 IO/存储器的控制信号读命令写命令中断响应信号总线响应信号MREQIO/MRDWR指令周期的基本概念取出并执行一条指令所需的全部时间 完成一条指令取指、分析 取指周期执行 执行周期取指阶段取指周期执行阶段执行周期（取指、分析）（执行指令）指令周期指令周期的长度1.只有取指周期的指令周期取指周期指令周期取指周期 执行周期指令周期取指周期执行周期指令周期ADD mem MUL memNOP2.有取指周期和执行周期的指令周期指令周期的长度3.具有间接寻址的指令周期4.带有中断周期的指令周期取指周期间址周期指令周期执行周期取指周期间址周期指令周期执行周期中断周期超线程技术 超线程（Hyper-Threading）技术是Intel公司提出的一种提高CPU性能的技术，可将一个物理CPU当做两个逻辑CPU使用，同时执行多个线程，从而提高效率。超线程处理器内部的两个逻辑处理器共享一组处理器执行单元，运算能力提升30%。超线程技术可将处理器内部的闲置资源利用起来，当并行执行两个线程时，负责处理第二个线程的逻辑处理器，仅使用运行第一个线程的处理器不使用的资源。超线程技术的实现 实现超线程技术的前提是需要五大支持：CPU、主板芯片组、主板BIOS、操作系统、应用软件。执行单个线程时，该技术反而下降，因为打开超线程后，处理器内部缓存被划分为几个区域，互相共享内部资源，单个子系统性能反而下降。超线程技术最早出现在2002年的pentium4处理器，以及后续2009的Core i系列处理器双核处理器 双核处理器是在一个处理器芯片上集成了两个“物理的”运算核心。1989年，Intel工程师首先提出了双核的概念，1995年首先发布了双核产品，2005年首先提供主流价位的双核处理器。双核处理器并不能达到同频率两个单核处理器的计算能力，IBM公司曾对比过AMD和Intel双核处理器的性能，在多线程任务环境下，大约比单核提高60%。超线程与双核处理器的区别 开启了超线程技术的单核处理器与双核处理器在操作系统中都被识别为两个处理器，二者的区别在于，前者是两个“逻辑”处理器，后者是两个“物理”处理器。超线程的逻辑处理器并没有独立的执行单元、整数单元、寄存器甚至缓存，它们在运行时仍需要共用执行单元、缓存和总线接口。执行多线程时，超线程的两个处理器交替工作，当争用某资源时，一个线程必须暂停并让出资源。多核多线程技术 处理器有多个物理内核，每个内核采用超线程技术。Pentium：单核单线程；Pentium4：单核多线程；Pentium D：多核单线程；Pentium EE：多核多线程。几种微处理器的内部结构1.单核单线程处理器2.单核多线程处理器3.多核单线程处理器4.多核多线程处理器图形处理单元 随着图形处理和游戏产业的发展，图形处理器的地位不断上升，产生了图形处理单元（Graphics Processing Unit，GPU）GPU是显卡的大脑，是补充CPU的加速器，将CPU从显示任务中解脱出来，可同时执行上千个线程，高度并行 NVIDIA、AMD(ATI)GPU的编程接口为高层次引用编程接口：OpenGL、DirectX 直接在GPU上编程：Brook，C语言（CUDA）