上海翰粵自動化系統(tǒng)有限公司
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更新時間：2017-03-02 11:45:28瀏覽次數(shù)：160次
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*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)
西門子CPU模塊6ES7312-5BE03-0AB0代理
德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等
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CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。
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)行地址運算和轉換。
寄存器部件，包括寄存器、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zui終）的操作結果。 通用寄存器是*處理器的重要部件之一。
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zui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。*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。
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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。
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。
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。
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?。‵etch）、解碼（Decode）、執(zhí)行（Execute）和寫回（Writeback）。
編輯
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。
*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）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。)
解碼線路
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。
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。
zui終階段，寫回，以一定格式將執(zhí)行階段的結果簡單的寫回。運算結果經常被寫進CPU內部的暫存器，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，而不直接產生結果。這些一般稱作“跳轉”（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）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。
編輯
計算機的性能在很大程度上由CPU的性能決定，而CPU的性能主要體現(xiàn)在其運行程序的速度上。影響運行速度的性能指標包括CPU的工作頻率、Cache容量、指令系統(tǒng)和邏輯結構等參數(shù)。
主頻也叫時鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運算、處理數(shù)據(jù)的速度。通常，主頻越高，CPU處理數(shù)據(jù)的速度就越快。
CPU的主頻=外頻×倍頻系數(shù)。主頻和實際的運算速度存在一定的關系，但并不是一個簡單的線性關系?！∷?，CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關系的，主頻表示在CPU內數(shù)字脈沖信號震蕩的速度。在In的處理器產品中，也可以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現(xiàn)得差不多跟2.66 GHz至強（Xeon）/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線、總線等各方面的性能指標。
外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。通俗地說，在臺式機中，所說的超頻，都是超CPU的外頻（當然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點是很好理解的。但對于服務器CPU來講，超頻是不允許的。前面說到CPU決定著主板的運行速度，兩者是同步運行的，如果把服務器CPU超頻了，改變了外頻，會產生異步運行，（臺式機很多主板都支持異步運行）這樣會造成整個服務器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻與主板前端總線不是同步速度的，而外頻與前端總線（FSB）頻率又很容易被混為一談。
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前端總線（FSB)是將CPU連接到北橋芯片的總線。前端總線（FSB）頻率（即總線頻率）是直接影響CPU與內存直接數(shù)據(jù)交換速度。有一條公式可以計算，即數(shù)據(jù)帶寬=（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）/8，數(shù)據(jù)傳輸zui大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。比方，支持64位的至強Nocona，前端總線是800MHz，按照公式，它的數(shù)據(jù)傳輸zui大帶寬是6.4GB/秒。
外頻與前端總線（FSB）頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋忸l是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一億次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。
倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應－CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的In的CPU都是鎖了倍頻的，少量的如In酷睿2核心的奔騰雙核E6500K和一些版的CPU不鎖倍頻，而AMD之前都沒有鎖，AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶可以自由調節(jié)倍頻，調節(jié)倍頻的超頻方式比調節(jié)外頻穩(wěn)定得多）。
緩存大小也是CPU的重要指標之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內緩存的運行頻率*，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統(tǒng)內存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重復讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內部讀取數(shù)據(jù)的，而不用再到內存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。
L1 Cache(一級緩存）是CPU*層高速緩存，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般服務器CPU的L1緩存的容量通常在32－256KB。
L2 Cache（二級緩存）是CPU的第二層高速緩存，分內部和外部兩種芯片。內部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，以前家庭用CPU容量zui大的是512KB，筆記本電腦中也可以達到2M，而服務器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高，可以達到8M以上。
L3 Cache(三級緩存），分為兩種，早期的是外置，內存延遲，同時提升大數(shù)據(jù)量計算時處理器的性能。降低內存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計算能力對游戲都很有幫助。而在服務器領域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內存會更有效，故它比較慢的磁盤I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統(tǒng)緩存行為及較短消息和處理器隊列長度。
其實zui早的L3緩存被應用在AMD發(fā)布的K6-III處理器上，當時的L3緩存受限于制造工藝，并沒有被集成進芯片內部，而是集成在主板上。在只能夠和系統(tǒng)總線頻率同步的L3緩存同主內存其實差不了多少。后來使用L3緩存的是英特爾為服務器市場所推出的Itanium處理器。接著就是P4EE和至強MP。In還打算推出一款9MB L3緩存的Itanium2處理器，和以后24MB L3緩存的雙核心Itanium2處理器。
但基本上L3緩存對處理器的性能提高顯得不是很重要，比方配備1MB L3緩存的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對手，由此可見前端總線的增加，要比緩存增加帶來更有效的性能提升。
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