【培训材料】计算机內部工作原理.pptVIP

楊少鋒 四.CPU的內部結構 大家都知道CPU很重要，它是计算机的心脏（大脑），没有了它，计算机就无法运作。而且一般也用它来代表计算机的等级，例如所谓 [ 一台Pentium计算机 ]，就是指这台计算机里面的CPU是Pentium。跟内存或其它IC产品一样，CPU也是一颗IC，制造过程也差不多，但不同的是，CPU是一颗整合性的IC，里面含有百万颗以上的晶体管（电阻电路），预先储存了专有的指令集，可以用来执行计算机所需的一般性工作。计算机里的任何工作，其实都可以简化为电流的讯号活动. CPU也是一样，以电流状态来进行各种工作。CPU以接脚方式安插在主机板上，也透过这些接脚接收外界而来的电流讯号，然后经过内部处理，再将结果以电流讯号传送出去。CPU的接脚数目很多，虽然每个接脚都在传输电流讯号，但他们的功能各自不同，有些传送代表指令的电流讯号，有些则传送代表资料的电流，而有些则是单纯的电源供应。 四.CPU的內部結構 CPU的速度快慢可以用MHz的频率值来表示，例如100MHz、200MHz等，就相同的CPU而言，MHz值越高，速度就越快，例如Pentium-200MHz就比Pentium-100MHz还快，但不同厂牌与等级的CPU产品就不能单纯这样比较MHz的真正意思是什么呢？MHz是指每秒震荡百万次，例如100MHz就是每秒震荡100百万次。那么CPU为何要 [ 震荡 ] 呢？其实并非真的 [ 震荡 ] ，而是主机板上的 [时脉产生器] 利用石英震荡来计算时间并驱使电流状态的改变，每震荡一次，电流讯号状态就可以改变一次，又因为计算机的运作都是电流讯号状态的传输，因此若震荡越快，电流讯号的改变就越快，计算机运作也就越快了。此外,时脉产生器所供应给CPU的MHz频率值，称为CPU的外频，当它进入CPU里面后，会予以某个倍数的提升，才当作CPU的实际运作频率（又称为CPU内频）。例如Pentium-200MHz中的200MHz就是CPU的实际内频，而它是从66MHz的外频乘以3倍而来。 四.CPU的內部結構 CPU与内存子系统 CPU是从外界读取资料，然后进行运算工作，运算完的结果再传给外界。在一台计算机中，与CPU直接进行数据传输的东西叫做 [ 内存子系统 ] ，它主要是指主存储器与高速缓存。CPU先与高速缓存直接传输数据，然后高速缓存再与主存储器传输数据。此外，这里的高速缓存又称为L2快取（Layer2 Cache，第二阶层快取），因为CPU里面有L1快取。而PentiumII则把L2快取整合到CPU里面，所以PentiumII主机板上就没有L2快取，不过，在有些高阶计算机中，虽然它们的CPU也已经把L2快取整合进去，但主机板上还有L3快取。这里的L1、L2、L3都是从CPU里面往外算起。 四.CPU的內部結構 ■总线信道 现在已经知道CPU与内存子系统进行数据传输，而他们之间的传输信道，则称为CPU的 [ 外部总线 ] ，就目前一般个人计算机而言，CPU的外部总线的宽度都是64位（64条的电流讯号传输线）。既然CPU有 [ 外部总线 ] ，那么有没有所谓的 [ 内部总线 ] 呢？其实， [ 总线 ] 只是数据传输信道的专有名词而已，CPU要进行许多复杂工作，里面当然也有各种传输信道，您也可以把它们通称为 [ 内部总线 ] ，只不过CPU里面的传输总线有很多种，每一种总线信道的位数都不尽相同。 ■分开的L1快取区 　当讯息资料透过 [ 外部总线 ] ，由内存子系统传入CPU里面之后，CPU会把这些送进来的资料依类型不同，分成 [ 指令 ] 与 [ 纯数据 ] ，然后分别送入两个地方暂存起来，以等待进一步的处理，这两个暂存地方就是[指令快取区] 与 [ 资料快取区 ] ，它们分别存放指令与纯数据。 就PentiumII而言,[ 指令快取区 ] 与 [ 资料快取区 ] 分别各有16KB的容量。此外， [ 指令快取区 ] 与 [ 资料快取区 ] 合称为L1快取，也就是我们前面提到所谓L1、L2、L3中的L1快取（第一阶层快取） 四.CPU的內部結構 ■不断进行的指令撷取过程 　当指令送入 [ L1指令快取区 ] 后，CPU里面有个称为 [ 指令撷取器 ] 的东西，它会立刻撷取第一个指令，然后送入CPU核心开始执行。而在CPU核心正在执行工作的同时， [ 指令撷取器 ] 也不会闲着，它会根据程序流程，立刻从 [L1指令快取区 ] 中读取下个指令，然后送入 [ 指令队列区 ] 里。 [ 指令撷取器 ] 会重复不断地执行这件工作，把指令一一送入 [ 指令队列区 ] 里堆积，让CPU核心可以依序执行这些指令。 ■指令译码 　CPU无法一一去认识各种五花八门的程序指令，所以要先进行 [ 翻译 ] 的过程，此时有个 [ 指令译码