cpu工作原理

CPU是Central Processing Unit的縮寫，是中央處理器的意思。我們經(jīng)常聽人談到的486,Pentium就是CPU 。CPU是一個電子元件，其規(guī)格就標(biāo)注在元件上或元件的包裝盒上，如i80486DX2-66這行編號就代表了這顆處理器是Intel公司制造的486等級的CPU，它的最高工作頻率是66Mhz；又如K6-200的CPU，代表了這顆是AMD公司制造的586MMX級的CPU，它的最高工作頻率是200Mhz。
CPU的工作原理其實(shí)很簡單,它的內(nèi)部元件主要包括：控制單元，邏輯單元，存儲單元三大部分。指令由控制單元分配到邏輯運(yùn)算單元，經(jīng)過加工處理后，再送到存儲單元里等待應(yīng)用程序的使用。

為了增加CPU的執(zhí)行效能各廠商發(fā)展出很多技術(shù)。例如：

1、多個運(yùn)算單元同時進(jìn)行運(yùn)算。
2、管線功能：讓指令或資料同時多筆準(zhǔn)備好。
3、預(yù)先存取功能：當(dāng)程序或資料還沒有執(zhí)行到時，便預(yù)先取得并存于CPU內(nèi)。
4、預(yù)測功能：預(yù)測程序會執(zhí)行的路徑預(yù)先把資料先取回來。
5、多媒體功能：把一些以往由專業(yè)多媒體芯片的功能加入CPU。 例如 Intel 的 MMX。

以下是常見的CPU廠家：

1、Intel
2、AMD
3、Cyrix（已被VIA收購）
4、IDT（已被VIA收購）

評判CPU的性能好壞的幾個主要參數(shù)包括超頻、內(nèi)存總線速度、擴(kuò)展總線速度、工作電壓、地址總線寬度、數(shù)據(jù)總線寬度、內(nèi)置協(xié)處理器、超標(biāo)量、L1高速緩存、采用回寫。超頻：CPU的頻率包括主頻、外頻、倍頻。外頻即系統(tǒng)總線的工作頻率，主頻即CPU內(nèi)部的工作頻率：外頻=主頻×倍頻。現(xiàn)在一般的標(biāo)準(zhǔn)外頻包括66Mhz 133Mhz 100Mhz。標(biāo)準(zhǔn)的倍頻包括：2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等。

“超頻”乃是當(dāng)前眾多DIYer們的口頭禪，但同時又令許多對電腦了解不多的人感到困惑。下面我就簡單為大家介紹一下“超頻”。

“超頻”就是強(qiáng)制CPU在高于標(biāo)稱頻率的頻率下工作，通過提高計(jì)算機(jī)主頻來提高計(jì)算機(jī)的性能。但現(xiàn)在DIYer們已把超頻擴(kuò)到了更大的領(lǐng)域，除了CPU，AGP卡、PCI介面卡、DRAM甚至于硬盤等都因?yàn)镃PU外頻提升而工作在規(guī)格以上的頻率，從廣義上講這都叫做超頻。

下面我就先從CPU的超頻談起。提高CPU的工作頻率有兩種方法：提高倍頻系數(shù)和提高外部總線頻率。

外部總線頻率就是我們常說的66MHz、75MHz、83MHz、100MHz，甚至更高。倍頻系數(shù)就是CPU的工作頻率和CPU內(nèi)部頻率的比值，比如3倍頻、3. 5倍頻等。如賽揚(yáng)300A的工作頻率是300Mhz，其內(nèi)部頻率是66Mhz，倍頻數(shù)為4.5。那么是否每一個CPU都能超頻，超頻又需要什么條件呢？一般來說Intel公司生產(chǎn)的CPU的超頻性能最好，一般都可以穩(wěn)定地向上超兩個等級；而其他幾家的產(chǎn)品超頻性則弱的多，有些甚至根本不能超。因?yàn)槌l會使CPU和電腦的其它部件在超額狀態(tài)下工作，所以選用質(zhì)量好的部件是超頻成功的關(guān)鍵。

為了超頻，一般來說名牌主板是你最好的選擇，如升技的BH6、BX2，技嘉的GBBX2000，華碩的P2B等，他們不僅做工精良，且支持多種外頻。名牌主板雖然性能優(yōu)異，但價格昂貴，如果囊中羞澀，則可選擇較便宜的主板，如華基、麒麟等，它們也有不錯的超頻能力。此外，在選擇主板時，最好選擇具有軟跳線功能的主板。使用軟跳線的主板在改變CPU工作頻率時就不用在復(fù)雜的主板電路上尋覓那些不起眼的跳線了。

超頻的另一瓶頸就是內(nèi)存，早期的72線EDO內(nèi)存超頻能力一般，最多能上到75Mhz外頻，能跑83Mhz外頻的少之又少?，F(xiàn)在的168線SDRAM內(nèi)存又分為PC100和非PC100兩種。一般來說PC100的要比非PC100的貴幾十元。不過為了機(jī)器能夠穩(wěn)定地運(yùn)行在100MHz或更高頻率上，PC100內(nèi)存是必不可少的。PC100內(nèi)存又有不同的規(guī)格，它們的速度不一樣。從理論上說，CPU要想穩(wěn)定地運(yùn)行在100MHz外頻下，內(nèi)存速度必須是-10以上的。（所謂-10就是指內(nèi)存的工作周期為10ns，以下同理。）因?yàn)?秒除以100M等于10納秒。同理，你若想使用125MHz外頻，則內(nèi)存速度必須是-8以上的?，F(xiàn)在市面上的內(nèi)存有不少標(biāo)稱自己是-7的，但實(shí)際上只有三星的KMXXXSXXXXBT－G7等幾個名牌型號才是真正的7ns的，其它的則都是奸商們通過打磨，使10ns的 SDRAM產(chǎn)品披上了7ns的外衣。

硬盤也是超頻路上的一道坎。總的來說，各種硬盤的較新型號都有較強(qiáng)的超頻能力，而早期產(chǎn)品則超頻性能不佳。在各種硬盤中，筆者向大家推薦昆騰系列硬盤，一直以來昆騰就以較強(qiáng)的超頻能力著稱于世。尤其是其火球七代和火球八代超頻性能更是出眾。

超頻成功與否還與其他設(shè)備密切相關(guān)。在一臺計(jì)算機(jī)中還有各種各樣的板卡。它們采用不同的總線接口，如現(xiàn)在流行的AGP顯卡。AGP接口的標(biāo)準(zhǔn)頻率是66.6MHz，它的工作頻率與CPU的外部總線頻率之比是1：1或1.5：1。當(dāng)CPU工作在133MHz外頻時，它的工作頻率將會高達(dá)88.6MHz，這對AGP顯卡來說無疑是一種考驗(yàn)。當(dāng)使用 PCI卡時，如工作頻率達(dá)到100MHz，則會使用3分頻，既100除以3，等于33.3MHz。所以在133MHz下，PCI卡的工作頻率將是44.3MHz，高于標(biāo)準(zhǔn)的33.3MHz達(dá)30%，如此苛刻的條件并不是每一種PCI卡都能承受的。

如果你的電腦配件都能達(dá)到上述條件，那么恭喜你，你已經(jīng)達(dá)到了超頻的基本條件。但這并不意味著你的超頻一定成功。使電腦各部件超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，必然會產(chǎn)生大量的熱。而熱則是各種電子部件的大敵，當(dāng)溫度達(dá)到80攝氏度，就會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，從而損壞設(shè)備。用手摸摸你的CPU吧，如果它的表面溫度已達(dá)到了50至60攝氏度，則它的內(nèi)部溫度已經(jīng)到了80攝氏度，這已經(jīng)是危險溫度了。所以好的降溫設(shè)備是超頻者必不可少的。

CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.算術(shù)邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit)
ALU是運(yùn)算器的核心。它是以全加器為基礎(chǔ)，輔之以移位寄存器及相應(yīng)控制邏輯組合而成的電路，在控制信號的作用下可完成加、減、乘、除四則運(yùn)算和各種邏輯運(yùn)算。就像剛才提到的，這里就相當(dāng)于工廠中的生產(chǎn)線，負(fù)責(zé)運(yùn)算數(shù)據(jù)。

2.寄存器組 RS(Register Set或Registers)
RS實(shí)質(zhì)上是CPU中暫時存放數(shù)據(jù)的地方，里面保存著那些等待處理的數(shù)據(jù)，或已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)，CPU訪問寄存器所用的時間要比訪問內(nèi)存的時間短。采用寄存器，可以減少CPU訪問內(nèi)存的次數(shù)，從而提高了CPU的工作速度。但因?yàn)槭艿叫酒娣e和集成度所限，寄存器組的容量不可能很大。寄存器組可分為專用寄存器和通用寄存器。專用寄存器的作用是固定的，分別寄存相應(yīng)的數(shù)據(jù)。而通用寄存器用途廣泛并可由程序員規(guī)定其用途。通用寄存器的數(shù)目因微處理器而異。

3.控制單元(Control Unit)
正如工廠的物流分配部門，控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三個部件組成，對協(xié)調(diào)整個電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼(分析)確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應(yīng)的部件發(fā)出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。

4.總線(Bus)
就像工廠中各部位之間的聯(lián)系渠道，總線實(shí)際上是一組導(dǎo)線，是各種公共信號線的集合，用于作為電腦中所有各組成部分傳輸信息共同使用的“公路”。直接和 CPU相連的總線可稱為局部總線。其中包括: 數(shù)據(jù)總線DB(Data Bus)、地址總線AB(Address Bus) 、控制總線CB(Control Bus)。其中，數(shù)據(jù)總線用來傳輸數(shù)據(jù)信息；地址總線用于傳送CPU發(fā)出的地址信息；控制總線用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息等。

CPU的工作流程

由晶體管組成的CPU是作為處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行程序的核心，其英文全稱是:Central Processing Unit，即中央處理器。首先，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為控制單元，邏輯運(yùn)算單元和存儲單元(包括內(nèi)部總線及緩沖器)三大部分。CPU的工作原理就像一個工廠對產(chǎn)品的加工過程:進(jìn)入工廠的原料(程序指令)，經(jīng)過物資分配部門(控制單元)的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線(邏輯運(yùn)算單元)，生產(chǎn)出成品(處理后的數(shù)據(jù))后，再存儲在倉庫(存儲單元)中，最后等著拿到市場上去賣(交由應(yīng)用程序使用)。在這個過程中，我們注意到從控制單元開始，CPU就開始了正式的工作，中間的過程是通過邏輯運(yùn)算單元來進(jìn)行運(yùn)算處理，交到存儲單元代表工作的結(jié)束。