Un artículo sobre el impacto de la CPU en las computadoras
El impacto de la CPU en el modelo de computadora Documento 1: Documento sobre la CPU de la computadora
La CPU es el núcleo del funcionamiento de la computadora. Sus principales indicadores de rendimiento incluyen la longitud de las palabras, la frecuencia principal, el caché y el front-end. frecuencia del bus lateral, aplicación de tecnología hyper-threading, conjunto de instrucciones extendidas admitidas, etc. , que juega un papel vital en el rendimiento de toda la computadora. En el uso de computadoras, fallas comunes de overclocking de la CPU, infecciones de la computadora, reducción en gran medida del rendimiento de la CPU y fallas ocasionales, etc. , Domine gradualmente las principales habilidades de rendimiento y resolución de problemas de la CPU y logre el efecto de hacer inferencias a partir de un ejemplo.
Palabras clave: indicadores de rendimiento de la CPU; caché; visualización de pantalla negra; solución de problemas
1 Principales indicadores de rendimiento de la CPU de la computadora
Unidad central de procesamiento (Unidad central de procesamiento, CPU) ), también conocido como "microprocesador" o "unidad central de procesamiento", es el núcleo del funcionamiento de la computadora, equivalente al "cerebro" en el sistema informático. Es el principal responsable del cálculo de los datos de la computadora y de emitir instrucciones de control por computadora, y es responsable. para controlar otros dispositivos en la computadora. El "comandante general" de operaciones. En el proceso de desarrollo de las computadoras, el desarrollo de la tecnología de la CPU siempre ha sido el foco del desarrollo de la tecnología informática. La solución de problemas de la CPU también es una dificultad en el uso de las computadoras. Necesitamos estudiar detenidamente para profundizar nuestra comprensión de las CPU y dominar gradualmente la solución de problemas. métodos de fallas comunes de la CPU, cooperan con el trabajo de la CPU, coordinan la velocidad de procesamiento de la CPU y logran el efecto de hacer inferencias de una instancia a otros casos durante el uso.
1.1 La "longitud de palabra" de la CPU es el principal indicador técnico que indica el rendimiento de la unidad aritmética.
En tecnología informática, el número de dígitos binarios procesados por la CPU por unidad de tiempo se denomina "longitud de palabra". En términos generales, una CPU que puede procesar datos de 8 bits por unidad de tiempo se denomina CPU de 8 bits. De manera similar, una CPU de 64 bits puede procesar datos binarios con una longitud de palabra de 64 bits por unidad de tiempo. La longitud de la palabra es el principal indicador técnico que indica el rendimiento de la unidad aritmética y suele ser igual al ancho del bus de datos de la CPU. Cuanto mayor sea la longitud de la palabra de la CPU, mayor será la precisión del cálculo, mayor será la velocidad de procesamiento de la información y mayor será el rendimiento de la CPU.
1.2 La relación entre la frecuencia de la CPU, la frecuencia externa y el multiplicador de la CPU: La frecuencia de la CPU se refiere a la frecuencia de trabajo de la computadora cuando está en funcionamiento, también llamada "frecuencia principal" o "frecuencia de reloj". La frecuencia de la CPU representa la velocidad de oscilación de la señal de pulso digital dentro de la CPU y representa la velocidad de funcionamiento real de la CPU, en Hz. Cuanto mayor sea la frecuencia de la CPU, más instrucciones se podrán completar en un ciclo de reloj y más rápido se ejecutará la CPU.
Cuanto mayor sea el multiplicador de 1.2.1, mayor será la frecuencia de la CPU. La frecuencia de funcionamiento real de la CPU está relacionada con la frecuencia externa y el multiplicador de la CPU. La frecuencia real de la CPU = frecuencia externa. Doble banda. El FSB es la frecuencia de referencia de la CPU, que es la velocidad a la que la CPU y la placa base funcionan sincrónicamente. Cuanto mayor sea la velocidad del reloj externo, más datos podrá recibir la CPU del dispositivo periférico al mismo tiempo, lo que aumentará aún más la velocidad de todo el sistema. El multiplicador es un parámetro que mide la diferencia entre la frecuencia operativa de la CPU y la frecuencia externa del sistema. También se denomina "coeficiente multiplicador" y generalmente se denomina "multiplicador". Cuando la frecuencia externa es la misma, cuanto mayor sea el multiplicador, mayor será la frecuencia de la CPU.
Cuanto mayor sea la frecuencia principal de 1.2.2, más rápida será la CPU. Cuando usamos CPU, solemos decir "Pentium III 600", "Pentium 4 3.0", etc. De hecho, los números "600" y "3.0" en estos números de modelo se refieren a la velocidad del reloj de la CPU. La frecuencia principal de la CPU generalmente está en MHz. El "600" en "Pentium III 600" generalmente significa que la frecuencia principal de la CPU es 600MHz. Pero a medida que aumenta la frecuencia de la CPU, generalmente está en GHz (1GHz=1000MHz). Por ejemplo, el 3.0 en Pentium 4 3.0 significa que la frecuencia operativa de la CPU es 3.0GHz, que es 3000MHz.
En términos generales, el número de instrucciones completadas en un ciclo de reloj es fijo, por lo que cuanto mayor sea la frecuencia principal, más rápida será la CPU.
1.3 Cuanto mayor sea la capacidad de la caché, mayor será el rendimiento:
1.3.1 La caché se utiliza para almacenar datos de la CPU y la memoria.
Proporciona almacenamiento en búfer de datos de alta velocidad durante el intercambio. Cuando la CPU quiere leer datos, primero buscará los datos en el caché, si los encuentra, los leerá directamente desde el caché, si no se encuentran en el caché, entonces la CPU leerá los datos. de la memoria principal. La caché de la CPU generalmente se divide en caché L1 y caché L2.
1.3.2 El impacto del caché de primer nivel y el caché de segundo nivel en el rendimiento de la CPU. El caché L1 también se denomina caché de primer nivel (caché L1). algunas instrucciones y datos para que la CPU pueda obtener rápidamente los datos requeridos. La caché L1 se ejecuta sincrónicamente con la CPU y su capacidad de caché tiene un gran impacto en el rendimiento de la CPU. __L2Cache también se llama caché L2. Su capacidad y frecuencia también tienen un gran impacto en el rendimiento de la CPU.
La diferencia entre la velocidad de ejecución de la CPU y la velocidad de acceso a la memoria. La caché L2 es la mayor parte del recuento total de transistores de la CPU. Debido al alto costo de la caché L2, la capacidad de la caché L2 se utiliza generalmente como estándar de clasificación para productos de CPU de gama alta y baja. Los cachés L2 de CPU actuales son tan bajos como 64 KB y tan altos como 4 MB.
La frecuencia del bus frontal 1.4 es más representativa que la frecuencia externa: La frecuencia del bus frontal es un concepto propuesto por AMD cuando lanzó la CPU K7. Mucha gente siempre ha confundido este término con otro. nombre de la frecuencia externa. De hecho, FSB suele referirse a la velocidad de conexión entre la CPU y la placa base. Este concepto se basa en la velocidad de oscilación de las señales de pulso digitales, y la frecuencia del bus frontal se refiere a la velocidad real de transmisión de datos, es decir, la cantidad de transmisión de datos que la CPU puede recibir por segundo. Por ejemplo, una frecuencia externa de 100 MHz significa que la señal de pulso digital oscila 1 millón de veces por segundo, mientras que la frecuencia del bus frontal de 1001 MHz significa que la capacidad de transmisión de datos aceptable de la CPU por segundo es de 100 MHz. 64 bits / 8 bits / byte = 800 megabytes Cuando se trata de velocidad del procesador, el FSB es más representativo que la frecuencia externa.
1.5 El proceso de fabricación de la CPU está directamente relacionado con el rendimiento eléctrico de la CPU.
1.5.1 Cuanto mayor es la frecuencia de trabajo de la CPU, menor es el ancho de línea, menor; el consumo de energía de la CPU y la generación de calor. En la actualidad, la tecnología de fabricación de los principales productos de Intel ha alcanzado el nivel de 0,065 m. Una vez fabricada la CPU, es una oblea de silicio (o circuito integrado) de menos de 1 cm2, que debe empaquetarse e instalarse los pines (o pines) antes de poder insertarse en la placa base. Normalmente, los valores en Socket478 y Socket939 se refieren al número de pines de la CPU. Generalmente, existen dos tipos de paquetes de CPU: paquete cerámico y paquete de resina.
La aplicación hyper-threading (HT) de 1.5.2 es una tecnología especialmente diseñada por Inter Corporation para Pentium4. Hyper-threading es una tecnología de ejecución simultánea de subprocesos múltiples. Los procesadores Intel con tecnología Hyper-Threading se pueden simular lógicamente como dos tareas. La aplicación de tecnología Hyper-Threading a los sistemas informáticos puede mejorar el rendimiento general de la máquina en más de un 25%.
El conjunto de instrucciones extendido compatible con 1.6 juega un papel importante en la mejora de la eficiencia de la CPU: el conjunto de instrucciones es el comando utilizado por la CPU para calcular y controlar el sistema. coincida con el circuito de hardware. El conjunto de instrucciones es uno de los indicadores importantes para evaluar el rendimiento de la CPU. Los conjuntos de instrucciones actuales incluyen MMX, SSE, SSE2, SSE3 y "3DNow!" de Intel. etc. El conjunto de instrucciones MMX (Extensiones multimedia) fue desarrollado por Intel e incluye 57 instrucciones multimedia. Normalmente, estas instrucciones pueden procesar varios datos al mismo tiempo, lo que mejora la capacidad de la CPU para procesar gráficos, vídeo y audio. El conjunto de instrucciones SSE (Streaming SIMD Extensions, Single Institution Multiple Data Extensions) es una extensión del conjunto de instrucciones MMX, que fue utilizado por primera vez por Intel Corporation para el procesador Pentium 3. SSE2 admite el procesamiento SIMD de números de punto flotante de doble precisión para CPU de 64 bits.
SSE3 es un conjunto de instrucciones agregadas por Intel en el último procesador Pentium 4 Prescott para mejorar el rendimiento multimedia de la CPU Pentium 4 y ayudar a mejorar la función Hyper-Threading de la CPU Intel. Conjunto de instrucciones ampliado "3DNow!"
Se utiliza para los procesadores K6-2, K6-3 y Athlon (k7) de AMD. Con la cooperación del software, el rendimiento del procesamiento 3D se puede mejorar enormemente. El conjunto de instrucciones "3Dnow!" es el primer conjunto de instrucciones tridimensional.
2 Solución de problemas de fallas comunes de la CPU en el uso de computadoras
2.1 Fenómenos de falla: En términos generales, las CPU no son propensas a sufrir fallas, sino que se deben al overclocking o al funcionamiento con voltaje inestable y a diferentes procesos de fabricación. la CPU, la CPU no funcionará correctamente, el monitor se pondrá negro repentinamente y no será válido después de reiniciar, o más grave, la CPU se quemará. (1) El overclocking de CPU es lo favorito de la gente que hace bricolaje. Algunas CPU no tienen capacidades de overclocking pero insisten en hacerlo. Algunas CPU tienen un pequeño margen de overclocking, pero funcionan fuera de la frecuencia nominal. Como resultado, la computadora no puede funcionar correctamente y, a menudo, falla. Debido a que la CPU está overclockeada y sobrecargada, la falla puede deberse a un overclocking inestable. Si tocas la CPU después de encenderla y descubres que está muy caliente, la falla puede estar aquí. La solución es: el usuario puede encontrar los puentes externos de frecuencia y multiplicador de frecuencia de la CPU. Después de reducir gradualmente la frecuencia, enciende la alimentación, el sistema vuelve a la normalidad y la pantalla muestra. También es posible que después del overclocking, el ventilador de enfriamiento gire normalmente cuando se inicia la computadora, pero el indicador del disco duro solo se enciende una vez y luego deja de responder y el monitor permanece en modo de espera. Debido a que no puede ingresar a las opciones de configuración del BIOS en este momento, solo puede degradar la CPU. El método específico es abrir la carcasa, encontrar el puente para descargar CMOS en la placa base, descargar el CMOS y luego reiniciar el sistema. Vale la pena señalar que el tamaño de la memoria, la velocidad del disco duro, la velocidad de la tarjeta gráfica, especialmente los indicadores de rendimiento de la CPU, juegan un papel vital en el rendimiento de toda la computadora. Busque ciegamente el caché de primer nivel y el caché de segundo nivel. Las altas velocidades y las frecuencias del bus frontal no son deseables. (2) El voltaje anormal hace que la CPU se queme. Un fenómeno de falla común es que la pantalla se vuelve negra después del encendido, solo está funcionando el ventilador de la CPU y no hay una autoprueba de encendido. Solución: solucione el problema de la fuente de alimentación según el fenómeno de la falla. Si el ventilador gira después de encender la computadora, significa que la computadora está encendida. Pero si no puedes realizar la autocomprobación, no escucharás el sonido "didi". En este momento, se sospecha que la placa base o la CPU están defectuosas. Después del juicio preliminar, se utiliza el método de sustitución para la confirmación. Primero, busque una computadora buena con la misma configuración, retire la CPU de esta computadora y reemplácela con una computadora defectuosa. Si puede iniciar el sistema normalmente después de encender la computadora, significa que el problema con esta computadora es la CPU. Si observa detenidamente la CPU, encontrará un punto negro en la esquina del pin, lo que indica que la CPU está quemada debido a un voltaje inestable.
2.2 Después de que una computadora se infecta con un virus, el rendimiento de la CPU cae significativamente e incluso puede provocar la muerte.
Fenómenos de la máquina: (1) La causa del fallo puede ser una infección de virus, una fragmentación excesiva del disco o una temperatura excesiva de la CPU. La solución es utilizar primero un software antivirus para eliminar el virus y luego utilizar el programa "Desfragmentación de disco" que viene con Windows para desfragmentarlo. Si el problema no se puede resolver, abra la carcasa y verifique si el ventilador del radiador de la CPU gira después de encenderlo. Si no gira, reemplace el radiador por uno nuevo. (2) ¿Por qué el ataque de un gusano hace que la utilización de la CPU llegue a 100? Fenómeno de falla: después de encender la computadora por un período de tiempo, la luz indicadora del disco duro sigue parpadeando. Al mismo tiempo, el sistema se ejecuta muy lentamente y la ventana "Administrador de tareas" muestra una utilización de CPU de 100. Sólo reiniciando se puede seguir usándolo. Pero después de un tiempo, sigue igual. De la descripción de la falla se puede ver que el sistema informático está infectado con algún tipo de virus gusano. En circunstancias normales, cuando no se ejecuta un programa grande, el uso instantáneo de la CPU no puede ser 100. Cuando un gusano ataca, llena los recursos restantes del sistema. En este punto, los usuarios pueden ver qué programa está consumiendo la mayor cantidad de recursos de CPU en la ventana del Administrador de tareas. Si se trata de un programa desconocido, se recomienda que los usuarios utilicen software antivirus (preferiblemente la última biblioteca antivirus) para comprobar minuciosamente el sistema. Si el problema no se puede solucionar, lo mejor es reinstalar el sistema operativo e instalar un cortafuegos antivirus. De esta forma, el problema puede solucionarse por completo.
2.3 El ventilador de la CPU no gira, lo que provoca que la computadora falle: Fenómeno de falla: una computadora
La computadora falla poco después de iniciar el sistema y la falla aún existe después de reiniciar la computadora. Solución: Abra la carcasa y verifique el funcionamiento del equipo dentro de la carcasa. Se descubre que el ventilador de la CPU gira muy lentamente y no gira. Por lo tanto, se cree que el motivo del reinicio puede ser que el ventilador de la CPU no puede disipar el calor debido a un funcionamiento anormal, lo que provoca que la temperatura de la CPU aumente bruscamente y finalmente falle. Debido a que la pantalla se vuelve negra repentinamente, es posible que el hardware esté suelto o que la conexión sea deficiente. Puede abrir la carcasa, volver a enchufar el hardware y encenderlo. Puede haber un problema con la tarjeta gráfica, porque no hay salida de señal a juzgar por la luz indicadora del monitor. Utilice el "método de reemplazo" para verificar que no haya ningún problema con la tarjeta gráfica, por lo que el monitor puede estar defectuoso. esta vez.
Lo verifiqué con el "método de reemplazo" y no encontré problemas. Luego revisé la CPU y encontré que los pines de la CPU estaban un poco negros y verdes, lo cual era un signo de óxido. Este parece ser el problema porque hay condensación en la placa de refrigeración. Debe ser que la temperatura de la superficie de la placa de enfriamiento es demasiado baja, lo que hace que la CPU permanezca en un ambiente húmedo durante mucho tiempo. Con el tiempo, se desarrollarán excesivas manchas de óxido, lo que provocará un contacto deficiente y provocará esta falla. Después de encontrar el problema, retire el ventilador de la CPU, lubríquelo, limpie el polvo del ventilador y luego reinstale el ventilador de la CPU. Después del arranque, el ventilador de la CPU gira normalmente y se elimina el bloqueo. También puedes sacar la CPU, limpiar cuidadosamente cada clavija con un borrador, luego quitar las aletas de enfriamiento del disipador de calor y limpiarlas. Finalmente, instale la CPU y el chip de refrigeración, enciéndalo y se iniciará normalmente.
Los ordenadores siempre tendrán algún mal funcionamiento debido a diversos motivos. Especialmente cuando se encuentre con fallas comunes de la CPU, debe tener una comprensión completa de los principales indicadores de rendimiento de la CPU, analizar las causas de las fallas y dominar los métodos y técnicas comunes de solución de problemas para evitar pantallas negras, fallas y otras fallas de la computadora debido a fallas de la CPU. .
Materiales de referencia:
Xiong Qiaoling, Lu, Gao. Formación en habilidades de montaje y mantenimiento de ordenadores
[M]. Beijing: Science Press, 2007.
Tan Xian. Montaje, mantenimiento y resolución de problemas de ordenadores[M]. Beijing: Machinery Industry Press, 2007.
[3] Editor de Wangguan Technology. Primeros auxilios informáticos, copia de seguridad y recuperación, BIOS y diseño de registro[M]. Beijing: Machinery Industry Press, 2007.
Zhang Jingsheng. Uso y mantenimiento de ordenadores de sobremesa[M]. Beijing: Prensa de la Industria de Defensa Nacional, 2007. [5] __Trabajar y reparar el Mar Rojo. Montaje y mantenimiento de ordenadores[M]. Beijing: China United Industry and Commerce Press, 2007.
El impacto de la CPU en el modelo de computadora Documento 2: Principios de composición de computadoras-Documento de CPU
La CPU es el núcleo del funcionamiento de la computadora. Su importancia es equivalente a la del cerebro humano y. juega un papel vital. Los principales indicadores de rendimiento de la CPU incluyen longitud de palabra, frecuencia principal, caché, frecuencia del bus frontal, aplicación de tecnología Hyper-Threading, conjunto de instrucciones extendidas admitidas, etc. , que juega un papel vital en el rendimiento de toda la computadora. Para tener una comprensión integral de la CPU, es necesario comprenderla desde su historial de desarrollo, principio de funcionamiento, resolución de problemas y otros aspectos.
Palabras clave: Solución de problemas del principio de funcionamiento histórico de la CPU
Componentes de la computadora: el principio de la CPU
Wu Min
CPU abstracto es una computadora El núcleo de la informática es tan importante como el cerebro humano y desempeña un papel vital.
Los principales atributos de la CPU incluyen longitud de palabra, frecuencia, caché, FSB, tecnología Hyper-Threading y soporte para extensiones de conjuntos de instrucciones, que juegan un papel importante en el rendimiento de toda la computadora. Comprenda el historial de desarrollo de la CPU, comprenda el principio de funcionamiento y la solución de problemas de la CPU, y logre una comprensión integral de la CPU.
Historia de la CPU; principio de funcionamiento; solución de problemas
Introducción
CPU es la abreviatura de unidad central de procesamiento, también conocida como microprocesador. Con el advenimiento de la era de Internet, las comunicaciones en red, la seguridad de la información y los dispositivos de información se volverán cada vez más populares, y la CPU es una parte indispensable de todos estos productos de información.
La CPU se compone principalmente de unidades aritméticas y controladores. Es la parte central del sistema de hardware del microordenador y desempeña la función de controlar todo el sistema del microordenador.
El rendimiento de la CPU suele determinar la calidad de un ordenador.
Hay dos principales empresas que producen chips de CPU en el mundo: Intel y AMD. Las CPU producidas por Intel siempre han ocupado una cuota de mercado considerable. Actualmente, las CPU producidas por Intel incluyen principalmente las series Celeron, Pentium y Core. Las CPU de AMD ocupan una cuota de mercado considerable. Las CPU producidas por AMD incluyen principalmente las series Sempron y Athlon.
La coordinación determina el rendimiento general del ordenador. La CPU se compone principalmente de unidades aritméticas, controladores, grupos de registros y buses internos. El grupo de registros se utiliza para almacenar operandos y datos intermedios después de que se ejecuta la instrucción, y la unidad aritmética completa los cálculos y operaciones especificados en la instrucción.
Las CPU se están desarrollando muy rápidamente. Se necesitaron menos de veinte años para que las computadoras personales evolucionaran desde la era 8088 (XT) hasta la era Pentium 4.
1971 Intel 4004, el primer microprocesador del mundo 1974 Intel 8008, el primer microprocesador de 8 bits; 1974 Intel 8080, el primer microprocesador verdadero 1978 Intel 8086, un procesador con microprocesador de 16 bits; Intel 80286
1985 Intel 80386, una nueva generación de microprocesador de núcleo de 32 bits; 1989 Intel 80486; 1993 Pentium
En términos de tecnología de producción, el 8088 original integra 29.000; transistores, mientras que el Pentium III integra más de 28.654.380.000 transistores. La velocidad de ejecución de la CPU, medida en MIPS (millones de instrucciones por segundo), es de 0,75 MIPS para el 8088, que supera los 1000 MIPS cuando se ejecuta a alta energía.
1 Introducción y desarrollo histórico de la CPU
Los componentes externos de la CPU: unidad de control, unidad de almacenamiento (registro, caché) y unidad de operación lógica.
Los componentes externos de la CPU: chip, carcasa metálica (para proteger la CPU y aumentar el área de disipación de calor) y pines (para fijar la CPU y conectar el circuito).
La CPU es el componente central de la computadora. Procesa todos los datos en la computadora, permite que la computadora complete varias funciones y permite que todos los componentes funcionen.
Desde su desarrollo inicial hasta la actualidad, las CPU se pueden dividir en microprocesadores de 4 bits, microprocesadores de 8 bits, microprocesadores de 16 bits, microprocesadores de 32 bits y microprocesadores de 64 bits según la longitud de la palabra de información procesada. Básicamente, se puede decir que el desarrollo de las computadoras personales avanza con el desarrollo de las CPU.
En 1971 apareció el primer microprocesador del mundo, el Inter 4004, que integraba 2300 transistores; en 1978 se lanzaron al mismo tiempo el procesador Inter 8086 de 16 bits y su coprocesador matemático 8087, que contenía 27.000; transistores, redujo el bus de datos externo a 8 bits. También fue la primera vez que se utilizó en una PC IBM, anunciando la llegada de la era de las microcomputadoras. En 1982, Inter también lanzó el 80286 de 16 bits con 13,4 mil transistores internos y la frecuencia de reloj se incrementó de los 6 MHZ originales a 20. En 1985, se lanzó el procesador 80386 de 32 bits, cuya frecuencia de reloj alcanzó más de 12,5 MHZ; En 1989, apareció el 80486 con 12.000 transistores. La frecuencia del reloj es de 90 MHz y el rendimiento es 4 veces mayor que el del 386. La era Pentium llegó en 1993, Pentium 1, el primer procesador de 586 niveles del mundo, 365438 millones de transistores, frecuencia de reloj 200MHZ1996 Pentium Pro, 5,5 millones de transistores, el doble de velocidad de procesamiento de la generación anterior y también utilizó memoria secundaria por primera vez; y el Pentium se lanzó el mismo año. El caché de MMX y L1 se duplicó en 1997, Pentium Pro se combinó con MMX y apareció Pentium 2, lo que mejoró significativamente el rendimiento;
Pentium 3 apareció en 1998, con un caché de primer nivel de 2 KB y un caché de segundo nivel de 512 KB. El rendimiento de seguridad mejoró enormemente; Pentium 4 se lanzó en 2000, con una frecuencia principal de más de 1,7 GHZ. El desarrollo de procesadores Inter de doble y cuatro núcleos representó el desarrollo de las CPU, incluidos muchos otros productos, como AMD.
2 El principio de funcionamiento y proceso de la CPU
2.1 El principio de funcionamiento de la CPU
Independientemente de su apariencia, el principio de funcionamiento principal de la CPU es para ejecutar el programa almacenado en el llamado programa. Una serie de instrucciones. Aquí se analizan dispositivos diseñados según la arquitectura general de von Neumann. Los programas se almacenan en la memoria de la computadora como una serie de números. Casi todas las CPU de von Neumann se pueden dividir en cuatro etapas: buscar, decodificar, ejecutar y reescribir.
La primera etapa consiste en buscar y recuperar instrucciones (un valor o una serie de valores) de la memoria del programa. El contador de programa especifica la ubicación de la memoria del programa y el contador de programa almacena un valor numérico que identifica la ubicación del programa actual. En otras palabras, el contador del programa registra los rastros de la CPU en el programa actual. Después de recuperar la instrucción, la PC agrega una unidad de almacenamiento [iwordlength] de acuerdo con la longitud de la instrucción. Las instrucciones generalmente se obtienen de una memoria relativamente lenta, lo que hace que la CPU espere a que se introduzcan las instrucciones. Este problema se analiza principalmente en la arquitectura de caché y canalización de los procesadores modernos.
La CPU determina su comportamiento de ejecución en función de las instrucciones obtenidas de la memoria. Durante la etapa de decodificación, las instrucciones se dividen en partes significativas. Según lo definido por la Arquitectura del conjunto de instrucciones de la CPU (ISA), los valores se interpretan como instrucciones [isa]. Parte del valor de la instrucción es el código de operación, que indica qué operaciones realizar. Otros valores suelen proporcionar la información necesaria para las instrucciones, como el objetivo de una operación de suma. Dependiendo del modo de direccionamiento, dicho objetivo de operación puede proporcionar un valor constante (es decir, un valor inmediato) o un valor direccionado espacialmente: un registro o una dirección de memoria. En diseños más antiguos, la parte de decodificación de instrucciones de la CPU era un dispositivo de hardware inmutable. Sin embargo, en muchas CPU e ISA abstractas y complejas, los microprogramas se utilizan a menudo para ayudar a convertir instrucciones en diversas formas de señales. Estos microprogramas a menudo se pueden reescribir en la CPU terminada, lo que facilita el cambio de las instrucciones de decodificación.
Tras la fase de extracción y decodificación, se pasa a la fase de ejecución. En esta etapa, está conectado a varios componentes de la CPU capaces de realizar las operaciones requeridas. Por ejemplo, si se requiere una operación de suma, la ALU se conectará a un conjunto de entradas y un conjunto de salidas. Las entradas proporcionan los valores que se agregarán y la salida contiene los resultados sumados. La ALU contiene circuitos que realizan operaciones lógicas y aritméticas generales simples, como sumas y operaciones bit a bit en la salida. Si una operación de suma produce un resultado que es demasiado grande para que lo maneje la CPU, el indicador de desbordamiento se puede configurar en el registro de indicadores.
La etapa final es responder. En un formato determinado
Los resultados simplemente se reescriben. Los resultados de las operaciones generalmente se escriben en los registros internos de la CPU para un acceso rápido mediante instrucciones posteriores. En otros casos, los resultados pueden escribirse en una memoria principal más lenta pero más grande y más barata. Algunos tipos de instrucciones funcionarán en el contador del programa sin producir directamente datos de resultados. Estos suelen denominarse "saltos" y provocan un comportamiento de bucle, una ejecución condicional (mediante saltos condicionales) y funciones [saltos] en el programa. Muchas instrucciones también cambian los bits de estado del registro de banderas. Estos indicadores se pueden utilizar para influir en el comportamiento del programa porque a menudo muestran los resultados de varias operaciones. Por ejemplo, utilice la instrucción "comparar" para determinar el tamaño de dos valores y establecer un valor en el registro de banderas según el resultado de la comparación. Este indicador se puede utilizar para determinar las tendencias del programa mediante instrucciones de salto posteriores.
Después de ejecutar la instrucción y volver a escribir los datos del resultado, el valor del contador del programa se incrementará, se repetirá todo el proceso y la siguiente instrucción secuencial se recuperará normalmente en la siguiente instrucción. ciclo. Si se completa la instrucción de salto, el contador del programa se modificará a la dirección de la instrucción de salto y el programa continuará ejecutándose normalmente. Muchas CPU complejas pueden recuperar varias instrucciones a la vez, decodificarlas y ejecutarlas simultáneamente. Esta sección generalmente se refiere al "canal RISC clásico", que en realidad está ganando rápidamente popularidad en muchos dispositivos electrónicos que utilizan CPU simples (a menudo llamadas microcontroladores).
La representación numérica de una CPU es una elección de diseño que afecta al modo de funcionamiento del dispositivo.
Algunas de las primeras computadoras digitales usaban modelos eléctricos para representar números en el sistema numérico decimal común (base 10). También hay algunas computadoras raras que usan ternario para representar números. Las CPU modernas casi siempre usan binario para representar números, de modo que los números se pueden representar mediante cantidades físicas con dos valores, como [voltaje binario], etc.
Relacionado con la representación numérica está el tamaño y la precisión de los números que la CPU puede representar. En el caso de una CPU binaria, un bit se refiere a un bit significativo en el número procesado por la CPU. El número de bits que utiliza una CPU para representar un número a menudo se denomina "longitud de palabra", "ancho de bits", "ancho de ruta de datos" o "precisión entera" (a diferencia del punto flotante). De hecho, la precisión de enteros impone un límite de hardware al rango de valores enteros que puede utilizar el software ejecutable de la CPU. La precisión de los enteros también afecta la cantidad de memoria que puede direccionar la CPU. Por ejemplo, si una CPU binaria utiliza 32 bits para representar direcciones de memoria y cada dirección de memoria representa un octeto, la capacidad direccionable de la CPU es 232 octetos o 4 GB. Lo anterior es una breve descripción del espacio de direcciones de la CPU. Normalmente, los diseños de CPU reales utilizan métodos de direccionamiento más complejos, como técnicas de paginación, para direccionar más memoria con la misma precisión de números enteros.
Una mayor precisión de números enteros requiere más cables para soportar más dígitos, por lo que la estructura es más compleja, más grande, consume más energía y, en general, más cara. Por lo tanto, aunque hay muchas CPU de mayor precisión en el mercado, como 16, 32, 64 o incluso 128 bits, todavía se puede ver que el software de la aplicación se ejecuta en un microcontrolador de 4 u 8 bits. Las computadoras de un solo chip más simples son generalmente más baratas, consumen menos energía y, por lo tanto, generan menos calor. Estas son consideraciones importantes en el diseño de dispositivos electrónicos.
2.2 Proceso de operación de la CPU
Los datos fluyen desde el dispositivo de entrada a través de la memoria, esperando el procesamiento de la CPU. La información a procesar se almacena en bytes, es decir, en números binarios de 8 bits o unidades de 8 bits. Pueden ser datos o instrucciones. Los datos pueden ser caracteres binarios, números, colores, etc. Las instrucciones le dicen a la CPU qué hacer con los datos, como sumar, restar o desplazar. Suponga que los datos en la memoria son los datos primitivos más simples. Primero, el puntero de instrucción informará a la CPU de la ubicación de almacenamiento en la memoria donde se ubicará la instrucción a ejecutar. Debido a que cada unidad de almacenamiento en la memoria tiene un número (llamado dirección), los datos se pueden extraer en función de estas direcciones y enviarse a la unidad de control a través del bus de direcciones. El decodificador de instrucciones toma la instrucción del registro de instrucciones IR y la traduce a un formato que la CPU pueda ejecutar y luego determina qué operaciones necesarias se necesitan para completar la instrucción. Le dice a la unidad aritmética lógica (ALU) cuándo calcular, al lector de instrucciones cuándo obtener el valor y al decodificador de instrucciones cuándo traducir la instrucción. Si los datos se envían a la unidad lógica aritmética, los datos realizan operaciones aritméticas y otras operaciones especificadas en la instrucción. Cuando se procesan los datos, se devuelven al registro y continúan ejecutándose a través de diferentes instrucciones o enviándose al búfer de datos a través del bus DB. Básicamente, así es como la CPU realiza tres tareas básicas: leer datos, procesar datos y escribir datos en la memoria. Pero en circunstancias normales, una instrucción puede contener muchas operaciones realizadas en un orden definido. El trabajo de la CPU es ejecutar estas instrucciones. Después de completar una instrucción, la unidad de control de la CPU le dice al lector de instrucciones que lea la siguiente instrucción de la memoria para su ejecución. Este proceso se repite rápida y continuamente, y una instrucción tras otra se ejecuta rápidamente, produciendo los resultados que ve en el monitor. Al procesar tantas instrucciones y datos, definitivamente se producirá un caos en el procesamiento debido a la diferencia de tiempo entre la transmisión de datos y el procesamiento de la CPU. Para garantizar que cada operación se realice a tiempo, la CPU necesita un reloj para controlar cada acción realizada por la CPU. El reloj es como un metrónomo que emite continuamente pulsos que determinan el ritmo y el tiempo de procesamiento de la CPU.
Materiales de referencia:
Principios de composición informática electrónica Instituto de Tecnología de Beijing Jiang Benshan
"Principios de composición informática" 2.ª edición, editada por Tang Shuofei, Superior Prensa Educativa, 2008.438 0.
"Introducción a la teoría de la computación" Yu Long Autor: Wang Electronic Industry Press "Introducción a la informática" Autor: Mechanical Industry Press Xiao Jinli Editor en jefe "Principios y aplicaciones de microcomputadoras", Electronic Industry Press, 2003-1