第十二章微处理器 令中央处理器中包括运算器和控制器两个基本部分 令运算器:运算器又称算术逻辑单元( Arithmetic Logic Unit,,简称ALU),是计算机对数据进行加工 处理的部件,它的主要功能是对二进制数码进行加 减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运 算,实现 ☆逻辑判断。运算器在控制器的控制下实现其 令功能,运算结果由控制器指挥送到内存储器 中
第十二章 微处理器 ❖ 中央处理器中包括运算器和控制器两个基本部分。 ❖ 运算器：运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU），是计算机对数据进行加工 处理的部件，它的主要功能是对二进制数码进行加、 减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运 算，实现 ❖ 逻辑判断。运算器在控制器的控制下实现其 ❖ 功能，运算结果由控制器指挥送到内存储器 ❖ 中
第十二章微处理器 ☆控制器:控制器主要由指令寄存器、译码器、程序 计数器和操作控制器等组成,控制器是用来对计算 机各部件进行控制并协调输入、输出操作或对内存 的访问,并使整个处理过程有条不紊地进行。它的 基本功能就是从内存中读取指令和执行指令,即控 制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该 指令进行译码,然后根据该指令功能向有关部件发 出控制命令,执行该指令。另外,控制器在工作过 程中,还要接受各部件反馈回来的信息
第十二章 微处理器 ❖ 控制器：控制器主要由指令寄存器、译码器、程序 计数器和操作控制器等组成，控制器是用来对计算 机各部件进行控制并协调输入、输出操作或对内存 的访问，并使整个处理过程有条不紊地进行。它的 基本功能就是从内存中读取指令和执行指令，即控 制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该 指令进行译码，然后根据该指令功能向有关部件发 出控制命令，执行该指令。另外，控制器在工作过 程中，还要接受各部件反馈回来的信息
第十二章微处理器 主频是CPU的时钟频率,主频的单位是 MHz或GHz。主频越高,微处理器的运算速 度越快。 令字长是指微处理器可以同时处理的二进制数 据的位数。人们通常所说的16位机、32位机 就是指该微机中的微处理器可以同时处理16 、32位的二进制数据
第十二章 微处理器 主频是CPU的时钟频率，主频的单位是 MHz或GHz。主频越高，微处理器的运算速 度越快。 ❖ 字长是指微处理器可以同时处理的二进制数 据的位数。人们通常所说的16位机、32位机 ❖ 就是指该微机中的微处理器可以同时处理16 位、32位的二进制数据
第十二章微处理器 微处理器是怎么工作的? 微处理器可以执行汇集起来的机器指令,并告诉处 理器应该做仕么。根据这些指令,处理器可以做三 件基本的事情 使用它的ALU(算术逻辑单元),微处理器 可以进行加、减、乘、除等算术运算。在大量浮点 数的时候,现代的微处理器还包括完全的浮点处理 器能够相当熟练地对浮点数进行运算。 微处理器可以把数据从内存位置移到其它的 地方 微处理器可以作出判断,然后根据这些判断 跳转到新的指令集
第十二章 微处理器 ❖ 微处理器是怎么工作的？ ❖ 微处理器可以执行汇集起来的机器指令，并告诉处 理器应该做什么。根据这些指令，处理器可以做三 件基本的事情： · 使用它的ALU(算术/逻辑 单元），微处理器 可以进行加、减、乘、除等算术运算。在大量浮点 数的时候，现代的微处理器还包括完全的浮点处理 器能够相当熟练地对浮点数进行运算。 · 微处理器可以把数据从内存位置移到其它的 地方。 · 微处理器可以作出判断，然后根据这些判断 跳转到新的指令集
第十二章微处理器 3-state Register Clock ALU Test Reset Instruction decoder 3-state Register Register B Instruction register rogram ddress Counter atch 3-state state 3-state3-state Data Data out In Read Address bus Data bus Write o2000 How stuff Works
第十二章 微处理器
第十二章微处理器 令微处理器是计算机系统的核心部件,微处理器设计技术被认 为是计算机领域最核心、难度最高的技术。在2001年 Intel开 发出 Pentium4微处理器,一直应用到现在,被认为是最成 功的微处理器之一。过去的微处理器主频大多比较低,不断 提高主频、降低线宽、采用超流水、多发射等技术,自从 Pentium4推出之后,主频持续增长在物理设计上出现了 些困难。特别是处理器性能增长速度远低于处理器主频的增 长速度。以nte公司微处理器发展历史为例,从486发展至 Pentium4,处理器主频提高15倍,但性能才提高5倍。另外 传统的提高性能方法易导致芯片面积增大、功耗过大、晶体 管数量过多等一系列问题
第十二章 微处理器 ❖ 微处理器是计算机系统的核心部件，微处理器设计技术被认 为是计算机领域最核心、难度最高的技术。在2001年Intel开 发出Pentium 4微处理器，一直应用到现在，被认为是最成 功的微处理器之一。过去的微处理器主频大多比较低，不断 提高主频、降低线宽、采用超流水、多发射等技术,自从 Pentium 4推出之后，主频持续增长在物理设计上出现了一 些困难。特别是处理器性能增长速度远低于处理器主频的增 长速度。以Intel公司微处理器发展历史为例，从486发展到 Pentium 4，处理器主频提高15倍，但性能才提高5倍。另外 传统的提高性能方法易导致芯片面积增大、功耗过大、晶体 管数量过多等一系列问题
第十二章微处理器 令计算结果表明,微处理器主频存在极限,极 限值约为7250MHz;这一极限值大约在2020 年左右基本达到,而在2040年完全达到。从 2020年以后微处理器主频将基本没有变化。 采用先进技术包括:双内核技术;超线程技 术;移动计算解决方案;64位计算技术;第 P|M技术
第十二章 微处理器 ❖ 计算结果表明，微处理器主频存在极限，极 限值约为7250MHz；这一极限值大约在2020 年左右基本达到，而在2040年完全达到。从 2020年以后微处理器主频将基本没有变化。 ❖ 采用先进技术包括：双内核技术；超线程技 术；移动计算解决方案；64位计算技术；第 PIM技术
第十二章微处理器 ☆为了解决处理器和存储器之间的传统瓶颈问题,近 年来一种比较有突破性的系统结构被提出,并得到 越来越多的重视。该方案就是干脆把处理器和存储 器集成到一起,有多种不同实现方法,有的称为 PM,有的称为智能存储器。利用PM技术的存储 器的典型优点是,是,当主板上没有另外一个主存 储器时,它既是处理器又是存储器,而当主板上另 有一个处理器时,它则可以当作是另一个协处理器 总之,集成在存储器中的处理器不会浪费
第十二章 微处理器 ❖ 为了解决处理器和存储器之间的传统瓶颈问题，近 年来一种比较有突破性的系统结构被提出，并得到 越来越多的重视。该方案就是干脆把处理器和存储 器集成到一起，有多种不同实现方法，有的称为 PIM，有的称为智能存储器。利用PIM技术的存储 器的典型优点是，是，当主板上没有另外一个主存 储器时，它既是处理器又是存储器，而当主板上另 有一个处理器时，它则可以当作是另一个协处理器。 总之，集成在存储器中的处理器不会浪费
第十二章微处理器 龙芯2号在传统的指令级并行技术领域技术还是比 较先进的,超发射、超流水、乱序执行、分支预测 等传统技术都实现了,同时实现了具有兼容32位计 算能力的64位计算功能,但多线程、双内核、移动 计算等设计技术还没有涉及。值得注意的是龙芯2 号在微处理器微系统结构领域应该还是比较先进的, 它的功耗仅有3W-5W,仅为nte公司同等性能的 Pentium芯片的3%‰-5%。在低功耗、高性能越来越 受到重视的微处理器设计时代,龙芯2号的低功耗 无疑是比较先进的
第十二章 微处理器 ❖ 龙芯2号在传统的指令级并行技术领域技术还是比 较先进的，超发射、超流水、乱序执行、分支预测 等传统技术都实现了，同时实现了具有兼容32位计 算能力的64位计算功能，但多线程、双内核、移动 计算等设计技术还没有涉及。值得注意的是龙芯2 号在微处理器微系统结构领域应该还是比较先进的， 它的功耗仅有3w-5w，仅为Intel公司同等性能的 Pentium芯片的3%-5%。在低功耗、高性能越来越 受到重视的微处理器设计时代，龙芯2号的低功耗 无疑是比较先进的