CPU为什么这么贵,微机来解答

制作工艺:

我们知道第一款计算机的体积十分庞大,运算速度也很慢,不能进行存储。后来的冯氏结构才解决这一问题。体积大就是因为集成度不高,ALU是由晶体管组成,我们知道,电路分小规模集成电路,大规模集成电路,超大规模集成电路。我们要在一个指甲大的地方集成几亿晶体管,可见要求的技术之高。

CPU的功能: 微型计算机系统由三大部分组成:微型计算机系统——微型计算机——微处理器(详解可以参考我的一二章总结

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)。微处理器即CPU+寄存器。CPU:ALU,控制器。主机三大件:主板,CPU,内存。主板上布满三大总线,外设通过总线不断与内存进行数据的交换,而这个过程都是由CPU进行控制才能使寻址高效进行,而CPU怎么控制,最基本的我们访问数据需要物理地址我们才能找到内存的相应存储单元。那么地址怎么来,不同的微处理器他的寻址方式不同,实地址模式下直接寻址,物理地址=段基址+偏移量。保护模式下:我们采取逻辑地址——线性地址——物理地址。8086 16位微处理器他的寻址是第一种方式。具体怎么找到物理地址,我们需要了解8086微处理器的逻辑结构。

8086 由BIU,EU两大部分构成。段地址我们知道在段寄存器中,cs代码段寄存器需要和IP相配合。寄存器是16位的,我们地址总线是20位的,为了得到20位地址,我们将段寄存器的地址左移四位,十六进制移一位(计算机具体实现是通过地址加法器实现),偏移地址在通用寄存器中,两个地址得到,即可获得物理地址。通过物理地址得到操作数,ALU运算单元进行运算,运算结果又会影响标志寄存器,所以我们需要标志寄存器来记录状态。

80386,Pentium微处理器结构基本相同,他是由BIU,MMU,CPU。CPU包括IPU,IDU,EU(指令预取,指令译码,指令计算)MMU包括(PU,SU)PU分页部件,SU分段部件。

Pentium还采取U、V流水线来工作。每条流水线都包括ALU运算单元。CPU需要不断地访问内存,由于CPU计算速度较快,这时为了配合CPU工作,微处理器又设置代码cache,数据cache来存储比较常用的一些指令,我们知道有些程序一直在做“重复的问题”,这些问题之间存在一些规律,微处理器设置BTB(分支目标缓冲器)当前程序还在执行时就已经预测好下次程序的执行。处理数据时微处理器还专门设置了一个FPU(浮点处理部件)。UV流水线和FPU的正常运行是由ROM来控制。

Pentium先进技术:

1:先进的体系结构(即上图概括)

2:CISC,RISC相结合技术

3:超标量流水线结构

4:先进的分支预测技术

2:CISC,RISC相结合技术:

CISC:1:复杂指令 2:多种寻址方式 3:采取位程序机制实现复杂指令(特点:速度慢但其功能多)

RISC:简单常用指令。(速度快但其功能少)二者结合取其优点使系统工作更快。

3:超标量流水线结构:

指令流水线组成:BIU——IPU——IDU——EU

8086四级流水线:BIU——MMU——IPU——IDU

Pentium五级流水线:取指令——译码——再次译码(由线性地址得到物理地址)——执行——写回(WB)。

FPU八级组成:PF——D1——D2——EX——X1——X2——WT——ER

要想知道超标量我们需要知道标量:

标量:一般情况下:一个微处理器只含一条流水线。

超标量:一个微处理器可以同时有多条流水线。

Pentium的U、V流水线。U流水线可以处理任何指令,V流水线只能执行和U流水线符合配对规则的指令。

配对规则:

两条指令都是RISC指令没有寄存器相关(两条指令的寄存器关系不能是读后写,写后读的操作。就是不能一个寄存器去读而与此同时另一个寄存器在写)带前缀的指令只能U流水线浮点预算指令不能与任何指令配对V流水线不会影响U流水线,而U流水线会影响V

在内存有限的情况下我们怎么解决存储大量的地址:

物理地址=段基址+偏移量

段基址存储在段寄存器中:这么多段寄存器我们找到?我们可以对段寄存器进行编号,找到段寄存器,然后再找相应段基址。然后我们将这些编号制作成一张表然后内存中我们只存储这张表,把其他存入硬盘。我们把这张表叫做描述符表。

描述符表:

1:全局描述符表:GDT

2:局部描述符表:LDT

3:中断描述附表:IDT

Pentium的总线:

总线周期:Pentium的总线周期是由多个时钟周期构成,一个时钟周期对应一个总线状态。

总线周期控制信号:

LOCK#(#这里代表低电平有效):总线封锁信号:总线被锁定时,其它设备不能获得总线控制权,从而保证CPU完成当前操作。

BRDY#:突发就绪信号(外设准备好信号)

NA#:下一个地址有效信号

系统控制信号:

INTR:可屏蔽中断信号

NMI:不可屏蔽中断信号

INIT:初始化信号

RESET:系统复位信号

CLK:时钟信号

INIT,RESET区别:

INIT会等待当前指令结束,RESET:只会给两个时钟周期时间后强制重启

总线仲裁信号:

HOLD:总线请求信号。其他设备发出,请求CPU让出控制权。有反馈信号

HLDA:请求响应信号

BUFF:强制让出总线信号(没有反馈信号)

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