CPU的工作原理是什么?CPU有哪些主要的性能指標(biāo)?

以下內(nèi)容中，小編將對(duì)CPU的工作原理以及CPU的主要的性能指標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)中央處理器CPU的了解，和小編一起來看看吧。

一、CPU工作原理

在之前的文章中，小編介紹過CPU的基本知識(shí)。這里，為增進(jìn)大家對(duì)CPU的認(rèn)識(shí)的深度，此處將對(duì)中央處理器CPU的工作原理加以介紹。

馮諾依曼架構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。在這種架構(gòu)下，程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)。指令和數(shù)據(jù)需要從同一個(gè)存儲(chǔ)空間訪問，通過同一個(gè)總線傳輸，不能重疊執(zhí)行。根據(jù)馮諾依曼系統(tǒng)，CPU的工作分為以下五個(gè)階段：取指令階段、指令譯碼階段、指令執(zhí)行階段、訪問次數(shù)和結(jié)果回寫。

取指令是從主存中取一條指令到指令寄存器的過程。程序計(jì)數(shù)器中的值用于指示當(dāng)前指令在主存中的位置。當(dāng)取一條指令時(shí)，PC 中的值會(huì)根據(jù)指令字的長度自動(dòng)增加。

在指令譯碼階段，指令譯碼器在取出指令后，按照預(yù)定的指令格式對(duì)取出的指令進(jìn)行拆分和解釋，區(qū)分不同的指令類型和各種獲取操作數(shù)的方法?，F(xiàn)代 CISC 處理器將拆分以提高并行性和效率。

在執(zhí)行指令階段，詳細(xì)實(shí)現(xiàn)指令的功能。 CPU 的不同部分相互連接以執(zhí)行所需的操作。

在訪問階段，根據(jù)指令訪問主存并讀取操作數(shù)。 CPU在主存中獲取操作數(shù)的地址，從主存中讀取操作數(shù)進(jìn)行操作。有些指令不需要訪問主存，可以跳過這個(gè)階段。

結(jié)果回寫階段，作為最后一個(gè)階段，結(jié)果回寫階段將執(zhí)行指令階段的運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)“回寫”到一定的存儲(chǔ)形式。結(jié)果數(shù)據(jù)一般寫入CPU內(nèi)部寄存器，方便后續(xù)指令快速訪問;許多指令也會(huì)改變程序狀態(tài)字寄存器中標(biāo)志位的狀態(tài)。這些標(biāo)志位表示不同的運(yùn)算結(jié)果，可以用來影響程序的動(dòng)作。

執(zhí)行完指令并寫回結(jié)果數(shù)據(jù)后，如果沒有意外發(fā)生，計(jì)算機(jī)將從程序計(jì)數(shù)器中獲取下一條指令地址并開始新的循環(huán)。下一個(gè)指令周期將依次取下一條指令。

二、CPU主要的性能指標(biāo)

通過上面的介紹，想必大家對(duì)中央處理器CPU的工作原理已經(jīng)具備了一定的認(rèn)識(shí)。下面，我們?cè)賮硖接懸幌翪PU的主要的性能指標(biāo)，CPU的性能指標(biāo)主要包含：主頻、外頻和倍頻數(shù)、前端總線頻率和緩存。下面，小編將對(duì)這4個(gè)指標(biāo)一一進(jìn)行介紹。

(一)主頻

也就是CPU內(nèi)部內(nèi)核的時(shí)鐘頻率，單位一般為兆赫茲。 無論是使用電腦還是購買電腦，這都是我們平時(shí)最關(guān)心的一個(gè)參數(shù)。 我們通常將其稱為133、166、450等，對(duì)于同類型的CPU，主頻越高，CPU速度越快，整機(jī)性能越高。

(二)外頻和倍頻數(shù)

FSB 是 CPU 的外部時(shí)鐘頻率。 FSB由電腦主板提供，CPU主頻與FSB的關(guān)系為：CPU主頻=外頻×倍頻。

(三)前端總線頻率

前端總線頻率直接影響CPU和內(nèi)存之間直接數(shù)據(jù)交換的速度。 有一個(gè)公式可以計(jì)算，即數(shù)據(jù)帶寬=(總線頻率×數(shù)據(jù)位寬)/8，最大數(shù)據(jù)傳輸帶寬取決于所有同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。

(四)緩存

緩存的大小也是CPU的核心指標(biāo)之一，緩存的結(jié)構(gòu)和大小對(duì)CPU速度影響很大。 CPU中緩存的運(yùn)行頻率極高。 一般與處理器以相同頻率運(yùn)行，工作效率遠(yuǎn)大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。 在實(shí)際工作中，CPU經(jīng)常需要重復(fù)讀取同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，增加緩存容量可以大大提高CPU讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不是在內(nèi)存或硬盤中查找，從而提高系統(tǒng)性能。 但是由于CPU芯片面積和成本的考慮，緩存很小。

以上就是小編這次想要和大家分享的有關(guān)中央處理器CPU的工作原理以及性能指標(biāo)的內(nèi)容，希望大家對(duì)本次分享的內(nèi)容已經(jīng)具有一定的了解。如果您想要看不同類別的文章，可以在網(wǎng)頁頂部選擇相應(yīng)的頻道哦。