CPU的工作原理
CPU工作原理
一·CPU的基本概念及组成
CPU（Central Processing Unit 中央处理器）
世界上第一台PC机中的CPU－i8086是美国IBM公司1981年推出的·
其执行指令为X86指令集·同时为提高浮点运算能力，增加X87指令集，以后的X86及X87统称为X86指令集·该指令集一直沿用到现在的PIIICPU·
CPU主要包含运算器及控制器，其内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元·运算器主要完成各种算数（加，减，乘，除）和逻辑运算（逻辑加，逻辑减和非运算）·控制器不具有运算功能，它只是读取各种指令，并对指令分析，作出相应的控制·
二·CPU的主要参数
1·位，字节和字长
通常我们提到的16位，32位机是指CPU可以同时处理16位，32位的二进制数据·CPU按照其处理信息的字长可分为8位微处理器，16位微处理器
32位微处理器及64位微处理器·
位：在数字电路中和电脑技术中采用二进制，代码只有“0“和“1“，“0“和“1“在CPU中都是一“位“·
字节和字长：CPU在单位时间内（同一时间）能处理的二进制数的位数叫字长·一个字节等于八位（1byte=8bit）·如32位的CPU能在单位时间内同时处理字长为32位的二进制·通常8位称一个字节·32位的CPU一次只能同时处理4个字节·
2·CPU的外频
CPU的外频是指CPU的总线频率，是由主板提供的基准时钟频率·CPU的主频是按CPU的外频乘以倍频系数而来的·CPU的外频从过去的66MHZ发展到现在的100MHZ，133MHZ甚至200MHZ，随著外频的不断提高，CPU与内存数据之交换速度也随之不断提高·
3·前端总线（FSB－Front Site Bus）
前端总线的频率就是CPU的总线频率，内存的总线频率与前端总线频率相同，也就是CPU与L2 CACHE及内存之间交换数据的工作时钟·数据传输最大带宽取决于所同时传输的数据位宽度和传输频率，即数据带宽＝（总线频率＊数据宽度）／8·如前端总线的频率为100MHZ，CPU的数据宽度为64位，则其数据带宽＝（100＊64）／8＝800MHZ，目前AMD公司已经推出前端总线频率为200MHZ的K7CPU，但CPU内核与内存之间的数据交换时钟仍然是100MHZ·
4·CPU的主频
CPU主频就是CPU的工作频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行的频率·在486DX2 CPU之前，CPU的主频与外频相等，在486DX2 CPU开始，所有的CPU主频等于外频乘上倍频系数·
5·L1和L2CACHE的容量和速度
L1和L2 CACHE的容量和工作速率起著决定性的作用·L2CACHE是从486时代开始的，目的是弥补L1CACHE（一级高速缓存）容量的不足，最大程度减少主内存对CPU运行造成的延缓·PII的L1的容量为64K，L2的容量为256K或512K，K6III的L1CACHE为64K，L2的容量为256K，在板的L3CACHE高达2M·设在CPU芯片内部L2CACHE运行速度与主频相同，而采用PII方式安装在CPU外部的L2CACHE运行频率一般为主频的二分之一，其效率要比芯片内的L2CACHE要低·
6·CPU执行指令步骤及其方式
1）·从RAM或CACHE中读出指令（FETCH）
2）·将读出的指令解成微指令（DECODE）
3）·将执行指令所需的控制质料读出（FECCH OPERANDS）
4）·执行解码后的微指令（EXECUTE）
5）·执行后的结果存回RAM中（WRITE BACK）
CPU执行指令方式可分为以下两种：
1）·非管线处理方式（NO－PIPELINE）
必须等前一个指令的上述5个步骤完成后，才进入下一个指令·
2）·管线处理方式（PIPELINE）
可以在前一个指令进入第二个步骤同时，下一个指令便可进入第一个步骤·
7·CPU的指令集
1）MMX：多媒体指令集·其使用了SIMD（Single Instruction,Multiple Data）
技术，MMX增强多媒体信息处理，提高CPU处理3D图形视频和音频能力·优化整数运算，但没有加强浮点运算·（共57条指令）
2）SSE：因特网数据流单指令序列扩展（Internet Streaming SIMD Extensions 的缩写·该指令增加了浮点预算能力，提高了内存的使用效率，优化了3D几何运算及动画处理，视频编辑／压缩／解压（图像DVD等）语音识别等功能·（70条指令）
以上为复制粘贴
3）3DNOW：AMD公司开发的多媒体扩展指令集，针对MMX指令集没有加强浮点处理能力的弱点，重点提高了AMD公司K6系列CPU对3D图像的处理能力，该指令主要是应用于3D游戏·对其它商业图形应用处理支持不足·（27条指令）CPU就是中央处理器请问你是要知道CPU的专业知识呢？或者还是你为了应付考试的答案而需要这个信息呢？
《自己动手写cpu》和《cpu自制入门》这两本书哪本更通俗易懂?
1、《自己动手写cpu》和《cpu自制入门》这两本书比较，《自己动手写cpu》更通俗易懂。
2、《自己动手写CPU》内容介绍得很详细，对MIPS32指令集的用法做出详细的介绍，对开发环境的安装和设置也介绍得很详细，在进阶篇介绍了OpenMIPS处理器的设计与实现，并且通过实验验证了设计的OpenMIPS处理器，最后还为OpenMIPS处理器移植了uCOS-II。
3、《CPU自制入门》是日本人写的，中国人翻译，书上用的FPGA是xilinx的FPGA。CPU自制入门》介绍的一些知识有点一笔带过，虽然在末尾都有推荐一些其它深入学习的书，但都是日本人写的。
4、《CPU自制入门》还介绍了电路板的制作，用的软件是Eagle，可能国外比较注重知识产权的保护，不像国内可以随意使用破，解的。这部分感觉意义不大，毕竟初学者自己做FPGA的板子比较少。
1.从沙子中提取二氧化硅。
2.把二氧化硅还原成硅（化学纯）。
3.用菜刀切割纯硅成片（尺寸0.4公分x0.4公分x0.05公分）。
4.用0.001纳米的激光束在电子显微镜下，在硅表面画出10个晶体管的布局图（不用自己画，网上下载一个数据包就可以，计算机会自己执行，这个数据是3000g左右）。
5.之后用化学试剂蚀刻就成了。
6.制作电路板，并焊好针脚。
7.盖上屏蔽罩，就ok了。
8.插上开机。
9.1分钟后电脑出现一下文字。
10.成功进入进入系统，打开浏览器进入网页读新闻。当然是CPU自制入门更通俗易懂！
先说外在观感，CPU自制入门的设计排版水平要高很多，纸张质量更好，阅读体验也愉快很多。自己动手那本，印刷在发黄劣纸上的全篇宋体字(连代码都是！)实在让人没有阅读的欲望。
至于内容，这两本书的思路和目标都不大一样。
自制入门的主题是”动手做”，所以有大量篇幅在讲电路板制作…甚至还有秋叶原的元器店的地址…(但是电路设计原理方面根本没提啊摔) 在CPU设计部分，是一个模块一个模块展开的，先实现总线，再实现CPU本身的各个模块，再实现IO这样。而且实现的是自己设计的一个比较简单的指令集。可以用跑汇编。
自己动手的目标是实现MIPS架构兼容、能跑uCOS能用C编程的SoC……所以工作量一下子大了好多(书也厚很多！)，因此作者采取了一种添油战术，先从头到尾实现一条指令，再从简单到复杂地扩充指令集、完成CPU。
个人推荐CPU自制入门……读起来真的舒服很多，也不容易产生畏难情绪，比较易懂。但是买东西关键还是要看产品的特点是否符合自己的需求，所以建议认真衡量以后选择适合自己的，数码产品是一分钱一分货的，在价格上贵一点的产品，肯定比便宜一点的质量要好。先说外在观感，CPU自制入门的设计排版水平要高很多，纸张质量更好，阅读体验也愉快很多。自己动手那本，印刷在发黄劣纸上的全篇宋体字(连代码都是！)实在让人没有阅读的欲望。
