cpu单核性能_cpu的主要功能

1.CPU是什么功能

2.CPU主要有哪些功能

3.CPU的作用是什么

CPU的功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU的中文名称是中央处理器，又可称中央处理单元、微处理器；它是计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU主要包括两个部分，即控制器和运算器。CPU的功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。在计算机体系结构中，CPU是对计算机的所有硬件进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU是计算机的运算和控制核心。计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。

CPU的工作阶段

1、取指令

取指令即将一条指令从主存储器中取到指令寄存器的过程。程序计数器中的数值，用来指示当前指令在主存中的位置。当一条指令被取出后，程序计数器中的数值将根据指令字长度自动递增。

2、指令译码阶段

取出指令后，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。现代CISC处理器会将拆分已提高并行率和效率。

3、执行指令阶段

执行指令阶段是具体实现指令的功能。CPU的不同部分被连接起来，以执行所需的操作。

4、访存取数阶段

访存取数阶段根据指令需要访问主存、读取操作数，CPU得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。部分指令不需要访问主存，则可以跳过该阶段。

5、结果写回阶段

结果写回阶段作为最后一个阶段，结果写回阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式。结果数据一般会被写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取。

CPU是什么功能

中央处理器

1CPU的功能和组成

1.1CPU的功能

一旦把程序装入内存存储器，就可以由计算机来自动完成取出指令和执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中央处理器，通常简称CPU。

CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它有以下四方面的基本功能：

（1）指令控制 程序的顺序控制，称为指令系统。由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必有须严格按控制规定的顺序进行，因此，保证机器按顺序执行是CPU的基本任务。

（2）操作控制 一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生内存取出的每条指令的操作信号，把各种信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

（3）时间控制 对各种操作实施时间上的定时，称为时间控制。因为在计算机中，各种指令的操作信号均受到时间的严格定时。另一方面，一条指令的整个执行过程也受到时间的严格定时。只有这样，计算机才能有条不紊地自动工作。

（4）数据格式 所谓数据加工，就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，是CPU的基本任务。因为，原始信息只有加工处理后才能对人们有用。

1.2CPU的基本组成

传统的CPU由运算器和控制器两大部分组成。但随着技术进步，现在CPU的基本部分变成了运算器、cache和控制器三大部分。

（1）控制器 由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器的主要功能有：内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间的数据流动方向。

（2）运算器 由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲控制器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理的部件。相对于控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出信号来指挥的，所以它是执行部件。运算器械有两个功能：执行所有的算术运算；执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如零测试值或两个值的比较。通常，一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作则产生一个判决。

微程序设计技术是利用软件方法设计操作控制器的一门技术，具有规范性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中得到了广泛应用，并取代了早期的硬布线技术。但随着VISI技术的发展和对机器速度的要求，硬布线逻辑思想又得到了重视。硬布线控制器的基本思想：某一微操作控制信号是指令操作码译码输出、时序信号和状态条件信号的逻辑函数，即用布尔代数写出逻辑表达式，然后用门电路、触发器等器件实现。

2.指令周期

CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需的时间通常叫做一个指令周期。更简单地说，指令周期是取出并执行一条指令的时间。由于各种指令的操作功能不同，有的简单，有的复杂，因此各种指令的指令周期是尽相同的。例如，一条访问指令的指令周期，同一条非访问指令的指令周期是不相同。

指令周期常常用若干个CPU周期数来表示，CPU周期也称为机器周期。由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次内存所花的时间较长，因此通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。这就是说，一条指令的取出阶段（通常称为取指）需要一个CPU周期。而一个CPU周期时间又包含有若干时钟周期（通常称为节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最基本单位。）

3.流水CPU

流水CPU是以时间并行为原理构造的处理器，这是一种非常经济而实用的并行技术。目前高性能处理器几乎无一例外地使用了流水技术。流水技术主要的问题是相关、数据相关和控制相关，为此用相应的技术对策。才能保证流水线畅通而不断流。

现代流水计算机，其中CPU按流水线方式组织，通常由三大部分组成：指令部件、指令队列、执行部件。这三个功能部件可以组成一个3流水线。

指令部件本身又构成一个流水线，即指指令流水线，它由取指令、指令译码、计算机操作数地址、取操作数等几个过程段组成。

指令队列是一个先进先出（FIFO）的寄存器栈，用于存放经过译码的指令和取来的操作数。它也是由若干个过程组成的流水线。

执行部件可以具有多少个算术逻辑运算部件，这些部件本身又用流水线方式构成。

为了使用储存器的存取时间能与流水线的其他各过程段的速度匹配，一般配用多体交差存储器。

一个计算机系统可以在不同的并行等级上用流水线技术。常见流水线形式有：

指令流水线 指指令步骤的并行。将指令流的处理过程分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段。目前，几乎所有的高性能计算机都用了指令流水线。

算术流水线 指运算操作步骤并行。如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等。

外理机流水线 又称宏流水线，是指程序步骤的并行。

4.RISC CPU与多媒体CPU

RISC CPU是继承CISC的成功技术，并在克服CISC机器缺点的基础上发展起来 的。RISC机器的三个基本要素：（1）一个有限的简单指令集；（2）CPU配备大量的能用寄存器；（3）强调指令流水线的优化。注意，RISC机器一定是流水CPU，但是流水CPU不一定是RISC机器。

多媒体CPU是带MMX技术的处理器。MMX是一种多媒体扩展结构技术，特别适合于图像数据处理，极大提高了计算机在多媒体和通信应用的功能。多媒体CPU以新一代奔腾CPU为代表，开始用单指令流多数据的新型结构。

CPU主要有哪些功能

CPU的主要功能有四个，分别是顺序控制、操作控制、时间控制、数据加工。

1、顺序控制：这是指控制程序中指令的执行顺序。程序中的各指令之间是有严格顺序的，必须严格按程序规定的顺序执行，才能保证计算机工作的正确性。

2、操作控制：一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一系列的操作来实现的。CPU要根据指令的功能，产生相应的操作控制信号，发给相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

3、时间控制：时间控制就是对各种操作实施时间上的定时。在一条指令的执行过程中，在什么时间做什么操作均应受到严格的控制。只有这样，计算机才能有条不紊地自动工作。

4、数据加工：即对数据进行算术运算和逻辑运算，或进行其他的信息处理。

发展历史：

CPU出现于大规模集成电路时代，处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。从最初专用于数学计算到广泛应用于通用计算，从4位到8位、16位、32位处理器，最后到64位处理器，从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现，CPU自诞生以来一直在飞速发展。

CPU的作用是什么

其功能主要是：解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。

电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

在计算机体系结构中，CPU 是对计算机的所有硬件（如存储器、输入输出单元） 进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU 是计算机的运算和控制核心。计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。

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CPU和GPU的比较：

GPU即图像处理器，CPU和GPU的工作流程和物理结构大致是类似的，相比于CPU而言，GPU的工作更为单一。在大多数的个人计算机中，GPU仅仅是用来绘制图像的。

如果CPU想画一个二维图形，只需要发个指令给GPU，GPU就可以迅速计算出该图形的所有像素，并且在显示器上指定位置画出相应的图形。由于GPU会产生大量的热量，所以通常显卡上都会有独立的散热装置。

CPU有强大的算术运算单 元，可以在很少的时钟周期内完成算术计算。同时，有很大的缓存可以保存很多数据在里面。

此外，还有复杂的逻辑控制单元，当程序有多个分支的时候， 通过提供分支预测的能力来降低延时。GPU是基于大的吞吐量设计，有很多的算术运算单元和很少的缓存。

百度百科-cpu

CPU有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用。

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

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计算机的性能在很大程度上由CPU的性能决定，而CPU的性能主要体现在其运行程序的速度上。影响运行速度的性能指标包括CPU的工作频率、Cache容量、指令系统和逻辑结构等参数。

1、主频

主频也叫时钟频率，单位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用来表示CPU的运算、处理数据的速度。通常，主频越高，CPU处理数据的速度就越快。

CPU的主频=外频×倍频系数。主频和实际的运算速度存在一定的关系，但并不是一个简单的线性关系。　所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，也可以看到这样的例子：1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz至强（Xeon）/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等各方面的性能指标。

2、外频

外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。通俗地说，在台式机中，所说的超频，都是超CPU的外频（当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的）相信这点是很好理解的。

但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，（台式机很多主板都支持异步运行）这样会造成整个服务器系统的不稳定。

绝大部分电脑系统中外频与主板前端总线不是同步速度的，而外频与前端总线（FSB）频率又很容易被混为一谈。

3、总线频率

前端总线（FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。前端总线（FSB）频率（即总线频率）是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽=（总线频率×数据位宽）/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。

外频与前端总线（FSB）频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。

参考资料：