18新利最新登入微处理器的工作原理

第一个用于家用电脑的微处理器英特尔8080是1974年推出的一款完整的8位芯片计算机。第一个真正在市场上引起轰动的微处理器是1979年推出的英特尔8088，并被集成到IBM个人电脑(大约在1982年首次出现)中。如果你熟悉PC市场及其历史，你就会知道PC市场从8088到80286到80386到80486到奔腾系列到酷睿系列再到至强系列。所有这些微处理器都是由英特尔公司生产的，并且都是在8088的基础设计上进行了改进。

自2004年以来，英特尔推出了多核微处理器和数百万个晶体管。但即使是这些微处理器也遵循着与早期芯片相同的一般规则。

英特尔酷睿i9处理器可以最多8核，每一个都可以执行在最初8088上运行的任何一段代码，只快了大约6700倍!每个核心可以处理多个指令线程，使计算机更有效地管理任务。

自20世纪70年代以来，英特尔的产品范围已经大幅扩大。截至撰写本文时，该公司仍在生产用于计算机的奔腾和酷睿cpu，但性能更高的个人电脑和服务器可能会使用至强芯片。此外，英特尔还提供赛扬和凌动处理器系列。赛扬的目标用户是入门级计算机用户，Atom处理器更适合移动设备和物联网设备。

虽然英特尔仍然占有很大的市场份额，但它的市场份额超过了竞争对手。AMD在个人电脑处理器市场上与英特尔竞争，但在深受PC游戏玩家欢迎的图形处理器芯片上也有很大的业务。以图形芯片闻名的英伟达也生产cpu。2020年，苹果公司推出了m系列芯片，取代了苹果公司用于Macintosh电脑的英特尔芯片。三星也可能起作用在其专有的处理器设计上。更多的公司为汽车和智能家居产品等其他电子产品制造处理器。市场竞争越来越激烈了。

要理解微处理器是如何工作的，18新利最新登入查看内部并了解用于创建微处理器的逻辑是有帮助的。在这个过程中你也可以学到汇编语言-微处理器的母语-以及工程师可以做的许多事情来提高处理器的速度。

微处理器执行一组机器指令，告诉处理器该做什么。基于这些指令，微处理器可以做三件基本的事情:

微处理器可能会做一些非常复杂的事情，但这是它的三个基本活动。下图展示了一个极其简单的微处理器，它能够做到这18新利最新登入三件事:

这和微处理器一样简单。这个微处理器有:

在这个例子中，让我们假设地址总线和数据总线都是8位宽。

下面是这个简单的微处理器的组成部分:

尽管它们没有在图中显示出来，但是来自指令解码器18新利最新登入的控制线将:

进入指令解码器的是来自测试寄存器和时钟线的比特，以及来自指令寄存器的比特。

上一节讨论了地址总线和数据总线，以及RD和WR线。这些总线和线路要么连接到RAM，要么连接到ROM——通常两者都连接。在我们的微处理器样本中，我们有一个8位宽的地址总线和一个8位宽的数据总线。这意味着微处理器可以寻址256字节的内存，并且一次可以读取或写入8位内存。让我们假设这个简单的微处理器有128字节的ROM，从地址0开始，128字节的RAM从地址128开始。

罗表示只读内存。ROM芯片是用预先设定的永久字节集合编程的。地址总线告诉ROM芯片要获取哪个字节并将其放在数据总线上。当RD线改变状态时，ROM芯片将选择的字节显示到数据总线上。

内存代表随机存取存储器。RAM包含信息字节，微处理器可以根据RD或W18luck手机登录R线是否有信号来读取或写入这些字节。现在的随机存储器芯片有一个问题，那就是一旦出错，它们就会忘记一切权力离开。这就是为什么计算机需要ROM。

顺便说一下，几乎所有的计算机都包含一定数量的ROM(可以创建一个不包含RAM的简单计算机-很多微控制器通过在处理器芯片上放置少量RAM字节来实现这一点——但通常不可能创建一个不包含ROM的RAM字节)。在一个个人电脑时，该ROM称为光盘BIOS(基本输入输出系统)。当微处理器启动时，它开始执行它在BIOS中找到的指令。BIOS指令会做一些事情，比如测试机器中的硬件，然后它会去硬盘上获取引导扇区(见18新利最新登入硬盘工作原理详情)。这个引导扇区是另一个小程序，BIOS从磁盘读取后将其存储在RAM中。然后微处理器开始从RAM执行引导扇区的指令。引导扇区程序将告诉微处理器从硬盘中取出其他内容到RAM中，然后微处理器执行，以此类推。这就是微处理器如18新利最新登入何加载和执行整个操作系统．

即使是前面示例中显示的极其简单的微处理器也有相当大的指令集可以执行。18新利最新登入指令集合被实现为位模式，当加载到指令寄存器中时，每一个位模式都有不同的含义。人类不是特别擅长记忆位模式，所以定义了一组简短的单词来表示不同的位模式。这个单词的集合被称为汇编语言处理器的。一个汇编程序可以很容易地将字转换为它们的位模式，然后将汇编器的输出放在内存中供微处理器执行。

下面是设计人员在我们的例子中为简单的微处理器创建的一组汇编语言指令:

如果你读过18新利最新登入C语言编程原理，那么你就知道这段简单的C代码将计算5的阶乘(其中5的阶乘= 5!= 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120):

在程序执行结束时，变量f包含5的阶乘。

汇编语言

一个C编译器把这段C代码翻译成汇编语言。假设在这个处理器中RAM从地址128开始，ROM(包含汇编语言程序)从地址0开始，那么对于我们简单的微处理器，汇编语言可能是这样的:

罗

那么现在的问题是，“所有这些指令在ROM中看起来如18新利最新登入何?”这些汇编语言指令中的每一条都必须用二进制数表示。为了简单起见，让我们假设每条汇编语言指令都有一个唯一的编号，如下所示:

这些数字被称为操作码．在ROM中，我们的小程序看起来是这样的:

你可以看到，7行C代码变成了18行汇编语言，在ROM中变成了32字节。

解码

指令解码器需要将每个操作码转换成一组信号，驱动微处理器内部的不同组件。让我们以ADD指令为例，看看它需要做什么:

每条指令都可以分解为一组像这样按适当顺序操作微处理器组件的有序操作。有些指令，比如ADD指令，可能需要2到3个时钟周期。其他的可能需要5到6个时钟周期。

的数量晶体管可用性对处理器的性能有很大的影响。如前所述，在像8088这样的处理器中，一条典型的指令需要15个时钟周期来执行。由于乘法器的设计，仅在8088上进行一次16位乘法就需要大约80个循环。随着越来越多的晶体管，更强大的乘数能够单周期速度成为可能。

更多的晶体管也允许一种叫做流水线．在流水线架构中，指令执行是重叠的。因此，尽管执行每条指令可能需要5个时钟周期，但可以同时有5条指令处于不同的执行阶段。这样看起来就像一个指令完成了每个时钟周期。

许多现代处理器都有多个指令解码器，每个都有自己的管道。这允许多个指令流，这意味着在每个时钟周期内可以完成多条指令。这种技术实现起来相当复杂，所以需要很多晶体管。

趋势

如今，处理器似乎无处不在，而且这一趋势似乎并没有放缓。研究人员已经找到了方法使微处理器灵活，启用诸如智能服装．研究人员一直在研究使用方法光，而不是电，以操作处理器。可能即将出现的最大变化是量子计算机的发展，它不再局限于使用1和0来解决问题。而这些计算机可以处理更困难的问题更有效地说，你不太可能很快在你的桌面上看到量子计算机。

自1992年以来，64位处理器一直伴随着我们，在21世纪，它们已经成为主流。这些处理器有64位alu、64位寄存器、64位总线等等。

世界需要64位处理器的一个原因是它们扩大地址空间．32位芯片通常限制在最大2gb或4gb的内存内存访问．当大多数家用电脑只使用256 MB到512 MB的RAM时，这似乎很多了。但是21世纪的家用电脑可以更快地处理数据(包含大量实数的非常复杂的数据)。人做的视频编辑对大型图像进行摄影编辑的人受益于这种计算能力。高端玩家也会从更精细的高分辨率游戏中受益。

64位芯片提供了更多的选择，因为在可预见的未来，64位RAM地址空间基本上是无限的——2^64字节的RAM相当于10亿gb的RAM。具有64位地址总线和宽、高速数据总线主板在美国，64位机器还提供了更快的I/O(输入/输出)速度硬盘驱动器而且视频卡．这些特性可以极大地提高系统性能。

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最初发表于2000年4月1日