CPU内核

发布时间：2022-11-11 16:26
作者：ameya360
来源：网络
阅读量：1936

　　CPU内核是CPU中间的核心芯片，由单晶硅制成，用来完成所有的计算、接受/存储命令、处理数据等，是数字处理核心。

CPU内核

CPU内核简介

　　核心(Die)又称为内核,是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的,CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构,一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。

CPU内核结构

　　(一) 运算器

　　1、 算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic and Logic Unit)

　　ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。

　　通常ALU由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为IEU(Integer Execution Unit)。我们通常所说的“CPU是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。

　　2、 浮点运算单元FPU(Floating Point Unit)

　　FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些FPU还具有向量运算的功能,另外一些则有专门的向量处理单元。

　　3、通用寄存器组

　　通用寄存器组是一组最快的存储器,用来保存参加运算的操作数和中间结果。

　　在通用寄存器的设计上,RISC与CISC有着很大的不同。CISC的寄存器通常很少,主要是受了当时硬件成本所限。比如x86指令集只有8个通用寄存器。所以,CISC的CPU执行是大多数时间是在访问存储器中的数据,而不是寄存器中的。这就拖慢了整个系统的速度。而RISC系统往往具有非常多的通用寄存器,并采用了重叠寄存器窗口和寄存器堆等技术使寄存器资源得到充分的利用。

　　对于x86指令集只支持8个通用寄存器的缺点,Intel和AMD的最新CPU都采用了一种叫做“寄存器重命名”的技术,这种技术使x86CPU的寄存器可以突破8个的限制,达到32个甚至更多。不过,相对于RISC来说,这种技术的寄存器操作要多出一个时钟周期,用来对寄存器进行重命名。

　　4、 专用寄存器

　　专用寄存器通常是一些状态寄存器,不能通过程序改变,由CPU自己控制,表明某种状态。

　　(二) 控制器

　　运算器只能完成运算,而控制器用于控制着整个CPU的工作。

　　1、 指令控制器

　　指令控制器是控制器中相当重要的部分,它要完成取指令、分析指令等操作,然后交给执行单元(ALU或FPU)来执行,同时还要形成下一条指令的地址。

　　2、 时序控制器

　　时序控制器的作用是为每条指令按时间顺序提供控制信号。时序控制器包括时钟发生器和倍频定义单元,其中时钟发生器由石英晶体振荡器发出非常稳定的脉冲信号,就是CPU的主频;而倍频定义单元则定义了CPU主频是存储器频率(总线频率)的几倍。

　　3、 总线控制器

　　总线控制器主要用于控制CPU的内外部总线,包括地址总线、数据总线、控制总线等等。

　　4、中断控制器

　　中断控制器用于控制各种各样的中断请求,并根据优先级的高低对中断请求进行排队,逐个交给CPU处理。


CPU内核核心的发展方向

　　CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积(这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格)、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能(例如集成内存控制器等等)以及双核心和多核心(也就是1个CPU内部有2个或更多个核心)等。CPU核心的进步对普通消费者而言,最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。


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2024-03-05 11:16 阅读量：1485
CPU、MPU、MCU、SOC、SOPC、MCM都是什么？
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CPU、MPU、MCU、SOC、SOPC、MCM都是什么？

　　在嵌入式开发中，我们经常会接触到一些专业术语，例如CPU、MCU、MPU、SOC和MCM等，这些缩写代表了不同类型的电子处理单元，它们在消费电子、计算机硬件、自动化和工业系统中扮演着重要角色。下面AMEYA360将介绍每个术语的基本含义和它们在实际使用中的区别：　　CPU　　CPU (Central Processing Unit) - 中央处理单元：由运算器、控制器和寄存器及相应的总线构成。它可以是一个独立的处理器芯片或一个内含多核处理器的大型集成电路。　　众所周知的三级流水线：取址、译码、执行的对象就是CPU，CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，然后执行指令。所谓的计算机的可编程性其实就是指对CPU的编程。　　MCU　　MCU (Microcontroller Unit) - 微控制器单元: MCU是一个紧凑型处理器，随着大规模集成电路的出现及发展，把计算机的CPU、RAM、ROM、定时器和输入输出I/O引脚集成在一个芯片上。比如51、STC、Cortex-M这些芯片，它们的内部除了CPU外还包含了RAM和ROM，可直接添加简单的器件(电阻，电容)等构成最小系统就可以运行代码了。　　MCU常用于嵌入式系统，如家用电器、汽车电子设备和医疗设备中。与MPU相比，MCU更多的是自成一体的解决方案，可独立执行预定的任务。　　MPU　　MPU (Microprocessor Unit) - 微处理器单元：是一种更具体的CPU类型，微处理器通常代表功能强大的CPU(可理解为增强型的CPU)，这种芯片往往是计算机和高端系统的核心CPU。　　例如嵌入式开发者最熟悉的ARM的Cortex-A芯片，他们都属于MPU。MPU主要在个人电脑、服务器和其他高性能计算设备中使用。微处理器单元的设计注重于高性能指令处理。　　SOC/SOPC　　SoC (System on Chip) - 片上系统：是一种集成电路，它将所有或大部分必要的电子电路和部件集成到单一芯片上。包括CPU核心、内存、输入/输出控制器、外围设备和其他功能模块。SoC的设计目标是为了让它能够作为系统的主要计算引擎。MCU只是芯片级的芯片，而SOC是系统级的芯片，它集成了MCU和MPU的优点，即拥有内置RAM和ROM的同时又像MPU那样强大，它可以存放并运行系统级别的代码，也就是说可以运行操作系统。　　SoPC (System on a Programmable Chip) - 可编程片上系统：是指硬件逻辑可编程的片上系统，如FPGA(现场可编程门阵列)被用于创建系统级的设计。与传统的SoC相比，SoPC提供了更多的灵活性，因为硬件逻辑可以在芯片制造后根据需求进行修改和配置。　　举个例子说明便于理解，单片机的硬件配置是固化好了的，我们能够编程修改的是软件配置，本来是串口通信功能，通过修改代码变成AD采样功能，也就是说硬件配置是固定了的，只能通过修改软件来选择其中的一项或多项功能。　　而SoPC可以修改硬件配置信息使其成为相应的芯片，可以是MCU，也可以是SOC。　　MCM　　MCM (Multi-Chip Module) - 多芯片模块：MCM是将多个独立的集成电路封装在一个单独的芯片上的技术。与将所有功能集成到单个集成电路的SoC不同，MCM通常用于封装性能更强、功能专注的独立集成电路。它们可以提供类似系统总线的内部连接，使得性能更优于单芯片解决方案。　　在嵌入式开发中，接触频率较多的一般是MCU和SOC，而现在STM32也几乎成为了MCU的代名词，SOC目前则以Cortex-A系列为主，开发难度也有所差异，对于嵌入式从业者来说，弄清楚这些专业概念是必备的。
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