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简单了解CPU

消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-06

报价宝综合消息简单了解CPU

什么是CPU?中文译为中央处理器(英文:Central Processing Unit)它是计算机的大脑,差不多和人类大脑一样,控制计算机中所有操作指令。就像人控制自己的手脚一样。

计算机处理器是如何设计的呢?大家都计算机CPU是超大规模积体电路,那么既然是电路,电路的状态只有两种状态。要么开路,要么断路,也就是0和1的机器语言,它们不懂人类的语言。这时候人们想到逻辑运算,也就是布林代数。让它可以将人类的抽象想法转换成数学模型,也就是逻辑电路,然后让计算机实现。那么逻辑电路主要分为组合逻辑和时序逻辑。组合逻辑一般是计算机芯片运算功能。时序逻辑控制简单就是说控制讯号输入输出的时间。

既然CPU依靠这么多的晶体管组成逻辑电路,它们组成几万、几十万、几百万、几千万等基础逻辑电路。光靠人工去设计难度很大,怎么办?如何做出一个成功的芯片。这时候人们想到了HDL(硬件描述语言),一开始出现PAL、GAL和CPLD等可程式设计器件到现在的FPGA可程式设计门阵列。一般CPLD适合设计组合逻辑电路,FPGA适合时序逻辑电路。但是随着FPGA的流行,大部分都会使用FPGA设计组合逻辑电路和时序逻辑电路。

上面我们知道组合逻辑和时序逻辑,那么它们到底组成哪些计算机什么系统结构呢?或者说是什么器件?这里说的就是微处理器的系统结构,可能大家都知道微处理器的系统结构由控制器单元、算术逻辑单元、乘法器、暂存器、移相器等组成。而我们所说的处理器微架构就是微处理器组成的核心,它是CPU的设计实现和核心部分。中国的龙芯就是中国人自己的芯片架构,可惜就是龙芯没有自己的指令系统。那么什么是指令系统。

指令系统是指令的集合,它是你命令计算机实现运算的命令的集合。那么如何通过命令计算机呢?通过软件对不对,其实指令就是人通过软件命令计算机硬件实现某项功能的实现。早期时候的程序员编写软件是直接面对机器语言的。这样的软件不可移植,而且编码难学,不支援同系列的计算机产品,也就是同系列的产品软件硬件不能互相相容.后来IBM引入了ISA(指令集体系系统)的概念。以前程序员都是直接面对硬件,现在不需要了,只要面对指令集编写就可以了。这就很好的解决了相容性问题,因为不同的产品使用指令集是一样的话,那么这个软件就可以实现通用了。

指令集目前最主流的是X86和ARMv系列的指令集,当然指令集不止这两个,还有MIPS和RISC-V等指令集,ARM Cortex-A8它是微架构不是指令集。指令集的强大之处就是生态系统,因为你要重新使用一套新的指令集的话,你需要将操作系统、编译器、各种软件重新编写。这个工作量不是一般公司能承受的,所以大部分公司如果使用一套指令集和处理器,它很少再用其他指令及处理器。当然,华为除外,华为这样的企业确实能够做到深谋远虑。

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2019-12-24 22:50:00

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