计算机导论：CPU的功能与主要性能指标

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：CPU由运算器和控制器组成，CPU是一台微机的心脏。CPU的功能是由这三部分协同工作实现的。图11-16 CPU外观图2.CPU 的主要性能指标主频、外频和倍频。设微机的地址总线为32位，则CPU最多可以直接访问的物理空间是232＝4096 MB。而缓存的速度与CPU相当，所以，CPU就能在零等待状态下迅速地完成数据读写。二级缓存在主板上，并以与CPU外频相同的频率工作。

CPU由运算器和控制器组成，CPU是一台微机的心脏。

1.CPU的构成

CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是由上万个甚至上百万个微型晶体管构成的，其内部分为控制单元、运算单元和存储单元三大部分。CPU的功能是由这三部分协同工作实现的。虽然CPU是由上百万个晶体管组成的，但由于其集成度很高，所以CPU的体积很小。CPU外观图如图11-16所示。

图11-16 CPU外观图

2.CPU 的主要性能指标

（1）主频、外频和倍频。CPU 的主频是指CPU 的内核工作频率，外频是指系统时钟频率。早期的微机，CPU 的主频和外频相同。随着计算机的发展，CPU 的主频越来越高，而系统总线时钟却没有太大的变化。从486DX2开始，CPU的主频和外频就不一致了。为了解决这个问题，引入了倍频的概念。CPU的主频、外频和倍频的关系是

主频＝外频×倍频(www.chuimin.cn)

微机的数据通信中数据传输速率的计算方法为

数据传输速率＝时钟频率×数据总线宽度÷8

从以上概念可以看出，在同样的数据总线宽度下，提高计算机的工作时钟频率就能提高传输通道的数据传输速率。提高CPU的倍频可以提高CPU的运算速度，人们常说的“超频”就是采用提高CPU的倍频系数来提高CPU的速度。另外，也可以通过提高系统时钟频率（CPU的外频）来提高CPU的速度，这种方法需要适当提高CPU的工作电压。

（2）总线速度和总线宽度。总线速度包括内存总线速度和扩展总线速度。CPU处理的数据是从主存储器取过来的，由于CPU和内存之间的速度有差异，便在它们之间增加了二级缓存（Cache）来协调二者的速度差异。内存总线速度（Memory-Bus Speed）是指CPU与二级缓存和内存之间的通信速度。扩展总线速度（Expansion-Bus Speed）是指微机系统上如PCI、AGP等局部总线的速度。

总线宽度包括地址总线宽度和数据总线宽度。地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间。设微机的地址总线为32位，则CPU最多可以直接访问的物理空间是232＝4096 MB。数据总线宽度决定了CPU与二级缓存、内存以及输入与输出之间一次数据传输的信息量。

（3）缓存。缓存（Cache）也称为高速缓冲存储器，它是位于CPU和主存储器之间的规模较小但速度很高的存储器，通常由SRAM（Static RAM，静态存储器）组成。微机的内存一般采用动态存储器DRAM，但DRAM的读写速度低于CPU的速度，CPU每执行一条指令都要访问一次或多次内存，所以，CPU总是处于等待状态，严重地降低了微机系统的效率。采用缓存之后，在缓存中保存着主存储部分内容的副本，CPU在读写数据时，首先访问缓存。而缓存的速度与CPU相当，所以，CPU就能在零等待状态下迅速地完成数据读写。只有缓存中不包含有CPU所需的数据时，CPU才去访问主存。缓存分为一级缓存和二级缓存，一级缓存一般集成在CPU内部，也成为片内缓存。二级缓存在主板上，并以与CPU外频相同的频率工作。

计算机导论：CPU的功能与主要性能指标

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