微处理器分类及组成

　　微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。

　　微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等 *** 作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。

　　微处理器分类

　　（1）：“ 微处理器

　　微处理器是一个集中取指令和处理一组通用指令的单元。

　　指令集包含数摒转移 *** 作、ALU（ArithmeTIcLogicUnit）、堆栈 *** 作; 输入和输出 *** 作以及程序控制和管埋 *** 作。任何一个CPU必须具备下列基本功能单元。

　　

　　（a）：一个控制单元，用于取指和控制一个给定命令或指令的顺序执行，并与系统其余部分进行通信。

　　（b）：一个ALU 单元，用于对学节或者字的算术和逻辑 *** 作。它可以立即处理8，16，32或者64位的数据。

　　微处理器是一个VLSl（VeryLargeScaleIntegratedcircuit）芯片，芯片中有一个CPU，还可以有其他附加的单元（如高速缓存Cache，浮点处埋算术单元，流水线和超标量单元），这样可以提高处理器的效率。

　　名词解释：

　　高速缓存：由于CPU 的运算速度愈来愈快，主存储器（DRAM）的数据存取速度通常无法跟上CPU 的速度，因而影响计算机的执行效率，如果在CPU 与主存储器之间，使用速度最快的SRAM 作为CPU 的数据待取区，将可大幅提升系统的执行效率，而且透过Cache来事先读取CPU 可能需要的数据，可避兔主存储器与速度更慢的辅助内存的频繁存取数据，对系统的执行效率也大有帮助。

　　例如当CPU 处理数据时，，它会先到高速缓存中去寻找，如果数据因之前的 *** 作已经读取而被暂存其中，就不需要再从主内存中读取数据一一由于CPU 的运行速度一般比主内存快，因此若要经常存取主内存的话，就必须等待数个CPU 周期从而造成浪费。

　　浮点处理算术单元：

　　浮点数： 浮点数是属于有理数中某特定子集的数的数字表示，在计算机中用以近似表示任意某个实数。具体的说，这个实数由一个整数或定点数（即尾数） 乘以某个基数（计算机中通常是2） 的整数次幂得到，这种表示方法类似： 于基数为10的科学记数法。

　　一个浮点数a 由两个数m和e 来表示： a=mx b^c。在任意一个这样的系统中，我们选择一个基数b（记数系统的基） 和精度p （即使用多少位来存储）。m （即尾数） 是形如+dddd..dd的p位数（每一位是一个介于0到b-1之间的整数，包括0和b-1）。如果m的第一位是非0整数，m称作规格化的。有一些描述使用一个单独的符号位（s 代表+或者~） 来表示正负，这样m必须是正的。e 是指数。

　　在计算机中表示- 一个浮点数，其结构如下：

　　尾数部分（定点小数）阶码部分（定点整數）

　　

　　流水线：

　　计算机流水线（Pipeline） 技术是目前广泛应用于微处理芯片（CPU） 中的一项关键技术，计算机流水线技术指的是对CPU 内部的各条指令的执行方式的一种形容。

　　在低档的CPU 中，指令的执行是串行的，而具有流水线的CPU 在执行上条指令的同时，又在并行地取下条指令。这在CPU技术上是一个质的飞跃。

　　超标量：

　　超标量（superscalar） 是指在CPU中有一条以上的流水线，并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就叫超标量技术。

　　超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个 *** 作，其实质是以时间换取空间。例如PenTIum4 的流水线就长达20级。将流水线设计的步（级）越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象，Intel 的奔腾4 就出现了这种情况，虽然它的主频可以高达1.4G以上，但其运算性能却远远比不上AMD12G的速龙甚至奔ll1。

　　微处理器组成

　　微处理器是微型计算机的核心部分，又称为中央处理器（简称CPU）。微处理器主要由控制器和运算器两部分组成（还有一些支撑电路），用以完成指令的解释与执行。

　　1.CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。

　　2.逻辑部件：

　　英文Logic components；运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算 *** 作、移位 *** 作以及逻辑 *** 作，也可执行地址运算和转换。

　　3.寄存器部件：

　　寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器 *** 作数和中间（或最终）的 *** 作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

　　4.控制部件：

　　英文Control unit；控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个 *** 作的控制信号。

　　其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

　　

　　微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微 *** 作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微 *** 作，即可完成某条指令的执行。

　　简单指令是由（3～5）个微 *** 作组成，复杂指令则要由几十个微 *** 作甚至几百个微 *** 作组成。