计算机CPU调研报告.docx

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1、CPU调研报告第一章CPU的种类CPU有多种分类方法:1.1按CPU的生产厂家分按CPU的生产厂家分，CPU可分为：Intel CPU、AMD CPU等。1.2 按CPU的接口分按 CPU 的接口分,Intel 系列分为:Socket 7 Socket 370 Socket 478、Socket T(LGA 775)等接口;AMD 系列分为:Socket 7 Socket A(462) Socket 754、Socket 940、Socket 939 等接 口。1.3 按标称速度分CPU的主频：即CPU内核工作的时钟频率。 CPU的主频CPU实际的运算能力并没有直接关系，因为CPU的运算速度

2、还要看CPU的流水线的各方面的性能指标(缓存、指令集，CPU的位数等 等)。但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。同一型号CPU按照标称频率又分为不同档次，如Pentium 4有2.0GHz, 2.4GHz, 3.2GHz 等;Athlon XP 有 2200+, 2800+, 3200+等;Athlon 64 有 3200+, 3800+, 4000+等。如果一味地提升CPU的性能，而没有相匹配的软件运行在上面,那么CPU性能提升也无法体现其效果和意义。因此，我们进一步的工作 是,应该结合当前CPU的发展趋势，设计和开发一些CPU能运行起来 的相关应用软件，为新一代的软件产业发展指

3、导方向。经过此次调研我发现，计算机由于各种原因总会出现一些故障。 特别当遇到CPU常见故障时，我们应该对CPU的主要性能指标有充分 的了解，分析故障原因，掌握常用的排除方法与技巧，避免CPU故障造 成计算机黑屏、死机等麻烦。当今对计算机速度的需求越来越大，为了 迎合市场需求，电子产品更新换代越来越快，更快的研发新型产品势必 成为研发人员的方向，在未来我,我相信会有更加多种多样的CPU问世。1.4 按CPU的内核分同一档次的CPU,按其制造内核技术的不同，又分为多种类型 或版本。不同的内核采用不同的制造技术，将直接影响到CPU的性能。CPU制作工 艺：通常我们所说的CPU的“制作工艺”指得是在生

4、产CPU过程中，要 进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。通常其生产 的精度以纳米来计量。在集成电路中通称为线宽，线宽是指芯片上的最 基本功能单元一一门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同 门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。制作工艺越先进，在同样的材料中可以制造更多的电子 元件, 连接线也越细，CPU的集成度越高，CPU的功耗也越小。例如,Pentium 4 有 Willamette、Northwood、Northwood m 制 造工艺。Athlonm制造工艺，Prescott内核采用0.09m（微米）制造工艺， Northwood 内核采用 0.13HT、P

5、rescott 等内核。Willamette 内核采用 0.18 m制造工艺。m制造工艺,Thortons Barton内核采用第三代0.13m制造 工艺,Thoroughbred 内核采用 0.13XP 有 Palomino、Thoroughbred-A/B、Thorton Barton 等内核，Palomino 内核采用 0.1第二章CPU的体系结构CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。2.1运算 逻辑部件运算逻辑部件，可以执行定点或浮点的算术运算操作、移位操 作以及逻辑操作，也可执行地址的运算和转换。2.2 寄存器部件寄存器部件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存

6、器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令中 的寄存器操作数和操作结果。通用寄存器是中央处理器的重要组成部分，大多数指令都要访 问到通用寄存器。通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度， 其端口数目往往可影响内部操作的并行性。专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。控制寄存器通常用来指示机器执行的状态，或者保持某些指针,有处理状态寄存器、地址转换目录的基地址寄存器、特权状态寄存器、 条件码寄存器、处理异常事故寄存器以及检错寄存器等。有的时候，中央处理器中还有一些缓存，用来暂时存放一些数 据指令，缓存越大，说明CPU的运算速度越快，目前市场上的中高端中 央处理器都有2M左右的二级缓

7、存，高端中央处理器有4M左右的二级 缓存。2.3 控制部件控制部件，主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所 要执行的各个操作的控制信号。其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种 是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作， 又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程 序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即 可完成某条指令的执行。简单指令是由(35)个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操 作甚至几百个微操作组成。逻辑硬布线控

8、制器则完全是由随机逻辑组成。指令译码后，控 制器通过不同的逻辑门的组合，发出不同序列的控制时序信号，直接去 执行一条指令中的各个操作。第三章CPU的工作原理CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器, 并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命 令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令 是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有 关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的 指令中也直接包含操作数本身。3.1提取第一阶段，提取，从存储器或高速缓冲存储器中检索指令(为

9、数值或一系列数值)。由程序计数器(Program Counter)指定存储器的位置， 程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录 了 CPU在目前程序里的踪迹。提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指 令的提取必须常常从相对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的 送入。这个问题主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。3.2 解码CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段, 指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构(ISA)定义将数值解 译为指令。一部分的指令数值为运算码(Opcode),其指示要进行哪些运 算。其它的数值通常供给指令

10、必要的信息，诸如一个加法(Addition)运算 的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值(即立即值)，或是一个 空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时常用来帮 助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往可以 重写，方便变更解码指令。3.3 执行在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接 到各种能够进行所需运算的CPU部件。例如，要求一个加法运算，算数逻辑单元(ALU, Arithmetic Logic Unit)将会连接到一组输入和一

11、组输出。输入提供了要相加的数值，而输 出将含有总和的结果。ALU内含电路系统，易于输出端完成简单的普通 运算和逻辑运算(比如加法和位元运算)。如果加法运算产生一个对该CPU 处理而言过大的结果，在标志暂存器里，运算溢出(Arithmetic Overflow) 标志可能会被设置。3.4 写回最终阶段，写回，以一定格式将执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速存取。在其它案例中，运算结果可能写进速度较慢，但容量较大且较便宜的主记忆 体中。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果。这些一 般称作“跳转”（Jumps）,并在程式中带来循环行为、条件性执

12、行（透过条 件跳转）和函式。在执行指令并写回结果之后，程序计数器的值会递增，反覆整 个过程，下一个指令周期正常的提取下一个顺序指令。如果完成的是跳 转指令，程序计数器将会修改成跳转到的指令位址，且程序继续正常执 行。许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码，并且同时执行。这 个部分一般涉及“经典RISC管线”，那些实际上是在众多使用简单CPU 的电子装置中快速普及（常称为微控制（Microcontrollers）。第四章CPU和芯片组动态及发展趋势自20xx年第一季度intel推出32nm版的双核心处理器Clarkdale 和F Arrandale。对应桌面平台为darkdale,移动处理器

13、为Arrandale。 采用Westmere 32纳米工艺制作而成。新的i3,i5 ；1并第一次将内存控制 器整合在当中。同时新的移动处理器还“革命”性的将图形处理核心（GPU） 整合到了处理器中。其中GPU核心采用45nm工艺制做，而CPU核心采 用32nm工艺。并且为CPU内置3-4M的L3cache0根据Intel的“Tick”“Tock”钟摆策略，intel将更新CPU的微 架构，全新微架构命名为Sandy Bridge。相比上代的Nehalem微架构（即 Core i5/i7）, Sandy Bridge有几大重要革新：1、内置高性能GPU（核芯显卡） 将显卡与CPU无缝结合。2、第二代睿频加速技术。3、在CPU、GPU、 L3缓存和其它10之间引入全新RING（环形）总线。4、全新的AVX指令集。Sandy Bridge仍会沿用Core i3/i5/i7三大品牌，并用“第二代” 加以区别，继续主打“智能”的概念，命名为“第二代智能酷睿处理器 第五章小结随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将 越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件，CPU（微 型机系统）从雏形出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越来越先进, 在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的 晶体管构成CPU的内部结构。