CPU知識掃盲以及選購推薦
本文的前半篇為科普,后半篇是命名規(guī)律和選購推薦。下面跟著學習啦小編一起來看看吧。
CPU知識掃盲以及選購推薦
引言:
眾所周知,人腦是一個人的核心,也就是決策中心,與之類似,計算機的核心就能算是CPU了。與上期說的顯卡不同,顯卡是依靠大量的核心同時進行很多簡單的運算,而CPU則是負責重要而復雜的邏輯運算,如果把GPU比作一大群小學生的話,那CPU就是一個資深的老教授了,老教授只有兩只手,也就是兩個線程,但是有聰明的頭腦(復雜的指令集)雖然搬起磚來比不上一群小學生,但是碰到復雜的問題那效率就要遠高于一群小學生。所以CPU其實是一臺電腦中的決策者。
但這僅僅是對CPU概念性的理解,你真的了解它們嗎?
一、什么是CPU(CPU基礎知識)
在開始介紹之前,先來給你們將一個故事,通過對故事的分析來得出結論。
1.
黃老板和假老板是某家倒閉公司的創(chuàng)始人,因為公司欠下3.5個億被迫跑路,好在他們從小練就了麒麟臂,準備靠搬磚來補貼家用。在工頭的大力號召下,大伙干活看起來都很起勁,尤其是假老板,像磕了大力一樣,從運磚的車跑到工地來回一趟只要5分鐘,而黃老板整整需要10分鐘,假老板由此收到了工頭的表彰。但這其中隱藏了一個騙局,由于他們搬磚是將磚塊放在一個密封的籮筐里,磚的數(shù)量是不可見,所以假老板就耍了個小聰明,別人每次搬150斤磚,假老板只拿50斤,報上去的卻是150斤。實際上,看似速度更快,干活更賣力的假老板,一個小時只挑了12x50=600斤磚,而踏踏實實的黃老板一個小時內(nèi)整整挑了6X150=900斤磚。
看出這其中的含義了嗎?黃老板和假老板代表兩塊CPU,其中假老板來回一趟的速度更快,所以假老板的主頻要高于黃老板,嗯比如說假老板是主頻超到了7GHz的推土機架構,而黃老板則是主頻只有3.5GHz的i5。雖然黃老板干活的速度看上去比假老板慢,但是每次做的工作遠多與假老板,換句話說,黃老板的架構比假老板更先進,每次完成的工作量更多
而用來衡量每次完成的工作量,在計算機里有一個專有名詞,叫做IPC,或者叫“每條指令執(zhí)行所花費的平均時鐘周期數(shù)”可見主頻不是決定單核心性能的唯一因素,架構,或者說工作效率的重要性不言而喻。
2.
后來,黃老板和假老板從最底層的搬磚工逐漸做大,自己也成了包工頭,手下帶了一大批工人,在積累了一些資金后,他們決定開始創(chuàng)業(yè),后來黃老板在溫州辦了一個皮革廠,假老板做起了互聯(lián)網(wǎng)汽車。然而黃老板卻從此走上了一條不歸路,由于皮革廠是勞動密集產(chǎn)業(yè),需要大量的廉價勞動力,黃老板在一個秘密的地下工廠里,利用軟件工程學和基因工程篡改并重新編譯了人類的堿基序列,創(chuàng)造了一批擁有四只手的工人,這批工人雖然一個人的手數(shù)量和兩個人一樣多,不過工作效率暫時還是無法達到以一頂二的效果,但是仍然大大提升了效率。最終黃老板事業(yè)和人生上取得了雙重的勝利,開了很多的分廠,也迎娶了小姨子。
這里說的四只手的工人,其實就是超線程
廠里有多少個工人,就代表有多少個CPU核心,而四只手的工人可以比普通人干更多事情,但受限于他們只有一個身體,一個人沒法當兩個人用,超線程也一樣,雖然另一個線程是假的,是化學的成分,但卻在很小的成本下大大提升了性能(大約20%)目前Intel的i3、i7、i9等產(chǎn)品線都使用了超線程技術,AMD的Ryzen R5、R7也擁有超線程。
3.
這回的假老板可比黃老板踏實多了,沒用動用邪念,但還是因為市場表現(xiàn)不佳和前期研發(fā)成本大,欠下了巨額債務,員工斗志也開始低落。開始假老板還利用漲工資的方式提升員工的信心,但后來因為資金鏈緊張,公司負債累累,于是假老板開始強迫工人加班加點干活,并且持續(xù)多月沒有發(fā)工資,最終假老板在重重重壓之下,始終無法翻身,只得將公司申報倒閉,又過上了一貧如洗的生活。
給員工漲工資呢,就是睿頻,也可以說是官方的超頻,能小幅度提升CPU的性能,但是提升一般比較有限
而強迫加班加點,那就是超頻了,雖然能大幅度的提升性能,但前提是給員工施壓,或者說給CPU加電壓,如果加過頭了,那可就有超到“縮肛”的風險了。
4.
另一邊的黃老板后來的遭遇也沒好到哪里去,由于上游倉庫貨物積壓,不能及時送到工廠,經(jīng)常出現(xiàn)停工的現(xiàn)象,黃老板想要在工廠的附近建一個小倉庫作為臨時存放原料的地方,卻又因為寸土寸金的地價無法施展開來,最終積壓越來越嚴重,多次導致供貨鏈中斷,黃老板的下游廠商便漸漸的開始與之斷絕關系,這下可好,貨物沒了去路,等于是斷了黃老板的生路,眼看著形式愈發(fā)嚴峻,在一個夜黑風高的晚上,黃老板帶著他的小姨子偷偷跑路,只留下空無一人的工廠。
從這里能看出,黃老板的工廠最后無法成功經(jīng)營下去的原因就是緩存不夠,導致上游供貨斷斷續(xù)續(xù),極大地減慢了效率,對于CPU也一樣,從內(nèi)存中提取數(shù)據(jù)運到CPU的過程中,速度遠比不上CPU的運算速度,就會造成極為嚴重的延遲,這時就需要一個中轉(zhuǎn)倉庫了。
緩存一般分為一、二、三共三級,一級緩存速度最快,容量也最小,然后依次速度減慢,容量增大。較大的緩存可以大大提升復雜任務的處理速度,降低延遲。
5.
多年以后,黃老板和假老板在街邊一間叫做粗糧雜貨店鋪的超市里相聚,里面賣的東西物美價廉,因此經(jīng)常受到顧客的搶購而導致斷貨,但這也促使曾經(jīng)小雜貨鋪越做越大,店面換了又換,現(xiàn)在已經(jīng)提供餐飲、購物、游樂等一站式服務。老友相見,回首往事話無邊,暢談許久,又覺得有點熱,假老板踱到柜臺前,對柜里說,“冰兩瓶啤酒,要幾串烤串。”便排出九文大錢,并叫人把空調(diào)調(diào)低了一點。柜臺里的人又說:“啤酒要罐裝的還是散的?”“散的吧,便宜一點“假老板回到餐桌,忽然,地面猛地一震搖動,黃老板驚慌地喊道:我編不下去了!
這邊的超市就是賣CPU的地方,提供原裝和散裝兩種形式,也就是盒裝與散片,差不多是國行正品和港版水貨的差別,但也不完全相同,兩者的性能、壽命等基本上不會有任何差別,盒裝是由廠家直接發(fā)售的版本,有原裝的紙盒,上面印有防偽序列號,擁有官方的保修,并且很多還會附送一個擺設多于實際的原裝散熱器,如果比較在意保修那么可以選購盒裝。而散片大多是商家向廠家大批量采購的,大部分沒有保修,也沒用包裝和散熱器,并且很多老的散片CPU大部分實際上是二手的。
但是散片CPU的價格會遠低于盒裝,并且由于CPU是耐用品,基本是整臺電腦中最不容易損耗的部分,一般壽命都在幾十年以上,當然前提是沒有拿去搞過大新聞,去進行極限超頻、加壓、開蓋或者物理損壞比如掉電容、PCB斷裂等。
故事結束了,但還剩余不少名詞,這里就直言不諱了
散熱:
在CPU工作時里面數(shù)十億晶體管受到歐姆定律的影響,必定要產(chǎn)生熱量,性能越高一般發(fā)熱也越大,目前主流的CPU散熱器有風冷和水冷
其中風冷又有下壓式和塔式,一般來說塔式散熱會更好一點,但低端塔式散熱反而是不如很多下壓式散熱的,下壓式更容易做成小體積,成本也較低。
水冷有一體式和分體式兩類,一體式是廠家已經(jīng)組裝好的,一般是軟管,到手后可以直接安裝。
分體式水冷就要復雜得多,尤其是硬管,一般用在高端游戲主機上,可以添加酷炫的RGB燈光效果,可定制化程度高。一般來說家用領域建議選擇便宜實惠的風冷散熱,如果機箱較小的話,可以使用超薄下壓式散熱或者一體式水冷。
TDP:
TDP的英文全稱是“Thermal Design Power”,中文直譯是“散熱設計功耗”。主要是提供給計算機系統(tǒng)廠商,散熱片/風扇廠商,以及機箱廠商等等進行系統(tǒng)設計時使用的。一般TDP主要應用于CPU,CPU TDP值對應系列CPU的最終版本在滿負荷(CPU利用率為100%的理論上)可能會達到的最高散熱熱量,散熱器必須保證在處理器TDP最大的時候,處理器的溫度仍然在設計范圍之內(nèi)。
制程工藝:
就像名字那樣,制程工藝是指制造CPU時的集成電路精細度
例如28nm、14nm,一般來說這個數(shù)字越小代表制造精度越好,集成電路元件體積也就越小,能在同樣的面積下塞進更多的元件,具有減少功耗和增加性能的雙重優(yōu)勢,目前主流的工藝仍是14nm。
導熱硅脂:
用于填充CPU上蓋和散熱器之間的空隙,一般來說買散熱器都有附送
涂抹導熱硅脂時只需在CPU中心擠黃豆大小一粒,然后用散熱器壓平就行,不宜涂太多,尤其是AMD送的原裝強力膠。
版本:
在很多志強和E5洋垃圾中,我們常會看見一些名詞,例如ES、QS、正顯、不顯等等
這些很多是在CPU正式定型之前的測試版本流出的樣片,部分會有bug并且不太穩(wěn)定,ES代表測試版,QS或者ES正顯基本就是正式版,而且ES正顯這種稱呼實際上是錯誤的,正顯只有QS或者正式版這兩種,正顯和不顯代表能否在系統(tǒng)中正確顯示型號,步進則是CPU研發(fā)過程中的修訂版本,所以一般推薦正式版>QS>ES
選購這類CPU時要多了解不同版本的區(qū)別,而且E5-26XX系列大多數(shù)單核性能薄弱,不適用于游戲,雖然有E5-16XX作為單核性能的補充,但是市面上的大部分X79都是寨板,雖然價格實惠但容易出現(xiàn)問題,而正規(guī)主板基本只有二手可選并且價格昂貴,更古老的X58功耗大,盡管性價比極高但如果沒有豐富的裝機經(jīng)驗,這些都不推薦
沒有豐富經(jīng)驗又想組一臺工作站,建議直接使用X99主板+E5 V3以上。并且如今AMD Ryzen R7和即將推出的線程撕裂者也是不錯的選擇。
指令集:
目前主流的指令集有X86和ARM兩種,分別叫做復雜指令集和精簡指令集,前者主要是我們的桌面端在使用,而后者則是手機、平板等Android和iOS設備使用,復雜指令集能完成很多需要巨大運算性能的工作,所以X86一般被稱為桌面級,而ARM的精簡指令集能做的工作就很少啦,不過它勝在功耗低,省電。指令集是CPU等硬件接受指令,進行運算再到輸出結果時使用的機器語言,需要硬件與軟件相互兼容,所以也是應用程序的基礎,這就是你無法在Android手機上安裝Windows的緣故,除非使用虛擬機來模擬。
此外還有一些擴展指令集,例如MMX、SSE等等,一般是加強了CPU對于某種特定運算方式的支持和運行效率,和對原有指令集的擴展,例如同樣是雙核4線程的奔騰G4560比i3-7100少了AVX2.0等三個指令集,在視頻處理時會有一些影響,支持指令集的數(shù)量多也是高端CPU和新CPU的好處。
封裝:
顧名思義,封裝就是CPU外面那一層金屬和PCB
現(xiàn)在主流的封裝有PGA:針腳在CPU上,需要插入主板上的插槽,LGA,針腳在主板上,CPU上只有觸點,BGA主要使用在筆記本和移動端CPU,芯片直接焊接在主板上。相同封裝的芯片又有不同的針腳數(shù)來對應不同的主板,例如intel第六、七代的LGA1151就只能插到針腳數(shù)相同的H110、B150、Z170、B250、Z270等主板上。但也有例外,比如說771硬改775。
二、處理器命名
先來普及兩個名詞
桌面端:就是指臺式計算機級別,一般是性能較高的。
移動端:用于筆記本、平板,功耗低性能也低。
Intel處理器命名:
作為這幾年主流的CPU廠商,目前intel的產(chǎn)品分為很多個系列,由于命名方式繁而雜,這次便先介紹目前的主流的CPU。
賽揚和奔騰主打入門級消費市場,其中奔騰又強于賽揚??犷O盗惺悄壳爸髁餍阅艿腃PU,也是目前最常見的,比如說常見的i3、i5、i7等等。志強是專門為服務器和工作站開發(fā)的處理器,目前主流是志強E系,由于酷睿i系最常見,便先由他講起。
酷睿i系:
酷睿i系列的命名方式還是比較簡單的
目前酷睿i系列分為i3、i5、i7、i7至尊、i9這五個系列,性能由低到高排列。需要注意的是,這些不同前綴的處理器所需的主板也不同,這些后面會提到。目前大多數(shù)的桌面級i3為雙核四線程,i5為四核四線程,i7為四核八線程以上,根據(jù)核心數(shù)也能大致區(qū)分性能。
需要注意的是,由于目前很多游戲的多核優(yōu)化還是一般,所以甚至會出現(xiàn)i3-7350k這樣單核性能強多核性能弱的CPU在游戲幀數(shù)上秒掉不能超頻的非K i7的現(xiàn)象,所以只玩游戲的話,單核性能較強,多核也不差的i5是不錯的選擇。據(jù)說第八代的i5、i7還會上到6核。大大增強了多核性能,對于多開、直播,視頻剪輯等都大有好處。
迭代,數(shù)字越大,型號越新,一般性能也會越強,目前最新的是7系,這個數(shù)字也要對應正確的主板芯片組型號
性能等級是后三位數(shù)字,同樣數(shù)字越大性能越強。
后綴,K代表不鎖倍頻,可以隨意超頻,X代表高性能,一般用在i7至尊處理器中,是同代CPU中的旗艦,性能和價格都是數(shù)一數(shù)二的。后綴S低功耗版,T超低功耗版,P無核顯版,M移動版,一般都是雙核心,性能較低,U移動超低電壓版,這個后綴的性能一般是最弱的,但功耗小,至于Y后綴……那就真的只能當上網(wǎng)本了。在選購筆記本時要千萬注意M、U、Y這幾個后綴,同型號性能遠弱于桌面級。很多筆記本的什么i7、i5處理器實際上都是低壓的U后綴版。不過到了6代以后就不存在M后綴了。HQ、MQ、QM代表移動四核版,在保持低功耗的同時兼顧了多核性能,不過由于主頻低仍然是弱于桌面端的,MX、XM代表移動極致性能版,一般是筆記本電腦上除直接上桌面端外的頂配。發(fā)熱量也很感人。
所以這里可以簡單區(qū)分一些CPU,比如說i7-7700K是指i7系列第七代定位高端不鎖倍頻的處理器,i7-7500u就是指i7系列定位中端的低電壓處理器
但由于是不同平臺,i7-7500u的性能甚至弱于i3-7100
志強:
主要是使用在工作站,服務器上的,分為E3、E5、E7三個系列,而且很多沒有核顯,E3是和前面酷睿系列一樣的LGA115X接口,而E5、E7則要使用LGA2011接口的主板了。E3大多數(shù)是四核八線程,幾乎就是鎖了倍頻關了核顯(E3-1285L除外)的i7,所以前幾年的性價比非常高,但是現(xiàn)在已經(jīng)不太值得購買。性能同樣是按數(shù)字依次增強。
第一位數(shù)字代表同一主板上的CPU路數(shù),簡單說就是一塊主板上能插幾枚CPU
其中還有一些小規(guī)律,比如E5的1開頭的顯著特征就是核心少,主頻高,就像四核八線程的E5-1620,2開頭核心多主頻低。比如十四核二十八線程的E5-2683 V3。至于其他型號由于比較少見就不深入了。
第二、三位數(shù)字代表性能等級,同代數(shù)字越大性能越強。
最后一位數(shù)字代表有無核顯,0為無核顯,5為有核顯,也有部分代表性能等級
后綴L代表低功耗,后面的V加上一個數(shù)字就是迭代版本了。但同樣是LGA2011接口,不同版本的E5、E7需要的主板也是不同的,無后綴和后綴為V2的使用X79主板,后綴V3及以上的使用X99主板
新的賽揚和奔騰都以G開頭,大部分是雙核雙線程,少部分雙核四線程,主打入門和低端市場,由于命名規(guī)律十分繁雜,而且目前值得購買的只有G4560、G4620這些雙核四線程的CPU,所以就不詳細敘述了,需要的請自行查閱表格。
至于老的酷睿和志強賽揚奔騰,由于LGA775、771接口已經(jīng)很老了,并且我也對這塊不熟悉,比較遺憾不能分析
AMD處理器命名:
前幾年AMD不爭氣的推土機架構招了不少黑,但好在這次Ryzen的發(fā)布不再是360°翻身了,性價比相當高。
目前AMD的CPU主要分四個系列最新的Ryzen系列、霄龍系列、推土機等農(nóng)機架構FX、核顯十分強大的A系列,還有老的羿龍、速龍系列。
Ryzen系列的命名方式非常簡單,甚至可以說是和intel一樣,擁有4個系列,Ryzen R3、R5、R7、Threadripper,最高端的已經(jīng)達到了16核32線程,即使最低端的R3也是四核四線程。分別對標intel的i3、i5/i7、i7至尊、i9,有趣的是,無論是哪個系列,AMD的大部分CPU都要比intel多兩個核心或者多個超線程,無疑是想從多核性能上碾壓同級別的iu,也彌補了AMD的GF格羅方德半導體(global foundries) 家晶圓超頻性能差導致單核薄弱的問題。
第一個數(shù)字代表迭代,目前Ryzen是第一代
接下去三個數(shù)字代表性能等級,700~800屬于R7,800以上屬于Threadripper,400~600屬于R5,400以下屬于R3,性能區(qū)分非常明確。
最后的后綴X表示這是一塊默認主頻更高的CPU,并且支持完整的XFR擴頻技術(R7-1700也支持但并不完整),目前也只有這一個后綴,值得注意的是,Ryzen系列全線解鎖倍頻,支持超頻
推土機架構
AMD的FX系列使用的是推土機(Bulldozer)架構,32nm工藝,核心多,主頻高,支持超頻,但是功耗巨大,單核性能薄弱,實際游戲表現(xiàn)也就和i5持平,但是多核性能強于i5如果預算不高但是需要視頻剪輯、多開等多核性能要求高的應用,可以考慮,如今的性價比還是不錯的。
第一個數(shù)字代表核心數(shù)(數(shù)字9也是8核),比如FX8350是八核,F(xiàn)X6300是六核,剩下三個數(shù)字代表性能等級,數(shù)字越大性能越強。
APU中,前面的A加上一個數(shù)字是系列,也代表定位,第一個數(shù)字代表迭代,后面3位數(shù)字代表性能等級,后綴K代表更高的頻率。APU的核顯性能強悍,可以媲美部分入門獨顯,但是CPU性能薄弱,是極低預算下玩LOL之類游戲的不錯選擇
AMD的羿龍、速龍系列前綴代表核心數(shù),比如X4 955是四核,X2 240是雙核,后面的數(shù)字基本就代表性能等級,具體還有很多細分的命名規(guī)則,但篇幅限制就不講了。
三、CPU選購推薦
在選擇適合自己的CPU之前呢,首先你需要掏出自己的錢包,所以其實買什么不是由我們決定的,而是錢包……
建議大家把60%的錢用在CPU和顯卡上,想要查看顯卡可以查看上期(鏈接),如果是老機器升級那么先按照我說的做,百度并下載CPU-Z,安裝后打開,找到CPU型號和接口型號,接著把接口型號輸入百度,找合適的CPU
如果你的整機預算在10000上下,希望在游戲和專業(yè)應用上都獲得頂級的體驗,那么i7-7700k搭配Z270主板和R7-1700(X)、R5-1600X搭配B350主板都是不錯的選擇,主板+CPU在3000元左右。
如果只是想玩3A大作不在乎很多費多線程性能的多開、專業(yè)應用,總預算在5000元上下,那么i5-7500或者i5-7600k搭配B250主板,R5-1400X搭配B350主板能獲得不錯的游戲體驗,CPU+主板價格在2000元上下,剩下的錢買張顯卡。
如果你的預算比較低,總預算在2500上下,并且要玩游戲,那么可以考慮老平臺或者入門級CPU,G4560這枚媲美i3的CPU+H110主板,i5-3470或者E3-1230 V2搭配B75雖然升級潛力不高主板也能有不錯的體驗,或者即將上市的R3-1200+A320主板CPU+主板在1000元上下
如果你的總預算較低而且需要運行考驗多線程的專業(yè)應用和多開,那么AMD的FX8350+970主板或者E3-1230 V2加上B75主板可以獲得不錯的性能,CPU+主板大約1000元,E5系列+X79寨板也可以考慮,但是風險比較大
如果你的總預算已經(jīng)低到2000元以下,并且先不買顯卡,那么可以選擇APU最新的A8-9600或者加錢A12-9800搭配B350主板,LOL等游戲有不錯的體驗并且AM4接口有升級Ryzen的潛力,CPU+主板在1100左右,i3-7100和G4560的核顯也不錯并且升級潛力大。
如果預算在1000元以下,就沒有新u可選了,AMD的X4-955搭配880主板只要500元,X4-740搭配A55主板只要200元,X4-860K性價比也很高,可以搭配AMD專用條使用,價格十分低廉。
CPU介紹
中央處理器(CPU,Central Processing Unit)是一塊超大規(guī)模的集成電路,是一臺計算機的運算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。
中央處理器主要包括運算器(算術邏輯運算單元,ALU,Arithmetic Logic Unit)和高速緩沖存儲器(Cache)及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)(Data)、控制及狀態(tài)的總線(Bus)。它與內(nèi)部存儲器(Memory)和輸入/輸出(I/O)設備合稱為電子計算機三大核心部件。
物理結構
CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。
邏輯部件
英文Logic components;運算邏輯部件。可以執(zhí)行定點或浮點算術運算操作、移位操作以及邏輯操作,也可執(zhí)行地址運算和轉(zhuǎn)換。
寄存器
寄存器部件,包括寄存器、專用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定點數(shù)和浮點數(shù)兩類,它們用來保存指令執(zhí)行過程中臨時存放的寄存器操作數(shù)和中間(或最終)的操作結果。 通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。
控制部件
英文Control unit;控制部件,主要是負責對指令譯碼,并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。
其結構有兩種:一種是以微存儲為核心的微程序控制方式;一種是以邏輯硬布線結構為主的控制方式。
微存儲中保持微碼,每一個微碼對應于一個最基本的微操作,又稱微指令;各條指令是由不同序列的微碼組成,這種微碼序列構成微程序。中央處理器在對指令譯碼以后,即發(fā)出一定時序的控制信號,按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個微操作,即可完成某條指令的執(zhí)行。
簡單指令是由(3~5)個微操作組成,復雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。
主要功能
處理指令
英文Processing instructions;這是指控制程序中指令的執(zhí)行順序。程序中的各指令之間是有嚴格順序的,必須嚴格按程序規(guī)定的順序執(zhí)行,才能保證計算機系統(tǒng)工作的正確性。
執(zhí)行操作
英文Perform an action;一條指令的功能往往是由計算機中的部件執(zhí)行一系列的操作來實現(xiàn)的。CPU要根據(jù)指令的功能,產(chǎn)生相應的操作控制信號,發(fā)給相應的部件,從而控制這些部件按指令的要求進行動作。
控制時間
英文Control time;時間控制就是對各種操作實施時間上的定時。在一條指令的執(zhí)行過程中,在什么時間做什么操作均應受到嚴格的控制。只有這樣,計算機才能有條不紊地工作。
處理數(shù)據(jù)
即對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯運算,或進行其他的信息處理。
其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù), 并執(zhí)行指令。在微型計算機中又稱微處理器,計算機的所有操作都受CPU控制,CPU的性能指標直接決定了微機系統(tǒng)的性能指標。CPU具有以下4個方面的基本功能:數(shù)據(jù)通信,資源共享,分布式處理,提供系統(tǒng)可靠性。運作原理可基本分為四個階段:提取(Fetch)、解碼(Decode)、執(zhí)行(Execute)和寫回(Writeback)。
工作過程
CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令,放入指令寄存器,并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作,然后發(fā)出各種控制命令,執(zhí)行微操作系列,從而完成一條指令的執(zhí)行。指令是計算機規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個字節(jié)或者多個字節(jié)組成,其中包括操作碼字段、一個或多個有關操作數(shù)地址的字段以及一些表征機器狀態(tài)的狀態(tài)字以及特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。
提取
第一階段,提取,從存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令(為數(shù)值或一系列數(shù)值)。由程序計數(shù)器(Program Counter)指定存儲器的位置。(程序計數(shù)器保存供識別程序位置的數(shù)值。換言之,程序計數(shù)器記錄了CPU在程序里的蹤跡。)
解碼
CPU根據(jù)存儲器提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段,指令被拆解為有意義的片段。根據(jù)CPU的指令集架構(ISA)定義將數(shù)值解譯為指令。一部分的指令數(shù)值為運算碼(Opcode),其指示要進行哪些運算。其它的數(shù)值通常供給指令必要的信息,諸如一個加法(Addition)運算的運算目標。
執(zhí)行
在提取和解碼階段之后,緊接著進入執(zhí)行階段。該階段中,連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。
例如,要求一個加法運算,算術邏輯單元(ALU,Arithmetic Logic Unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值,而輸出將含有總和的結果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng),易于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產(chǎn)生一個對該CPU處理而言過大的結果,在標志暫存器里可能會設置運算溢出(Arithmetic Overflow)標志。
寫回
最終階段,寫回,以一定格式將執(zhí)行階段的結果簡單的寫回。運算結果經(jīng)常被寫進CPU內(nèi)部的暫存器,以供隨后指令快速存取。在其它案例中,運算結果可能寫進速度較慢,但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會操作程序計數(shù)器,而不直接產(chǎn)生結果。這些一般稱作“跳轉(zhuǎn)”(Jumps),并在程式中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行(透過條件跳轉(zhuǎn))和函式。許多指令會改變標志暫存器的狀態(tài)位元。這些標志可用來影響程式行為,緣由于它們時常顯出各種運算結果。例如,以一個“比較”指令判斷兩個值大小,根據(jù)比較結果在標志暫存器上設置一個數(shù)值。這個標志可藉由隨后跳轉(zhuǎn)指令來決定程式動向。在執(zhí)行指令并寫回結果之后,程序計數(shù)器值會遞增,反覆整個過程,下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。