2023年关于调研报告

　　第一章 CPU的种类

　　CPU有多种分类方法: 1.1按CPU的生产厂家分

　　按CPU的生产厂家分，CPU可分为：Intel CPU、AMD CPU等。

　　1. 2按CPU的接口分

　　按CPU的接口分，Intel系列分为：Socket 7、Socket 370、Socket 478、Socket T(LGA 775)等接口;AMD系列分为：Socket 7、Socket A(462)、Socket 7、Socket 940、Socket 939等接口。

　　1.3 按标称速度分 CPU的主频：即CPU内核工作的时钟频率。CPU的主频CPU实际的运算能力并没有直接关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标(缓存、指令集，CPU的位数等等)。但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。

　　同一型号CPU按照标称频率又分为不同档次，如Pentium 4有2.0GHz，2.4GHz，3.2GHz等;Athlon XP有2200+，2800+，3200+等;Athlon 有3200+，3800+，4000+等。

　　1.4 按CPU的内核分

　　同一档次的CPU，按其制造内核技术的不同，又分为多种类型或版本。不同的内核采

　　用不同的制造技术，将直接影响到CPU的性能。 CPU 制作工艺：通常我们所说的CPU的“制作工艺”指得是在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。通常其生产的精度以纳米来计量。在集成电路中通称为线宽，线宽是指芯片上的最基本功能单元——门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。

　　制作工艺越先进，在同样的材料中可以制造更多的电子 元件，连接线也越细，CPU的集成度越高，CPU的功耗也越小。

　　例如，Pentium 4有Willamette、Northwood、Northwood m制造工艺。Athlonm制造工艺，Prescott内核采用0.09m(微米)制造工艺，Northwood内核采用0.13HT、Prescott等内核。Willamette内核采用0.18 m制造工艺。m制造工艺，Thorton、Barton内核采用第三代0.13m制造工艺，Thoroughbred内核采用0.13XP有Palomino、Thoroughbred-A/B、Thorton、Barton等内核，Palomino内核采用0.1

　　第二章 CPU的体系结构

　　CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。 2.1运算逻辑部件

　　运算逻辑部件，可以执行定点或浮点的算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址的运算和转换。

　　2.2寄存器部件

　　寄存器部件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。

　　通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令中的寄存器操作数和操作结果。

　　通用寄存器是处理器的重要组成部分，大多数指令都要访问到通用寄存器。通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度，其端口数目往往可影响内部操作的并行性。

　　专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。

　　控制寄存器通常用来指示机器执行的状态，或者保持某些指针，有处理状态寄存器、地址转换目录的基地址寄存器、特权状态寄存器、条件码寄存器、处理异常事故寄存器以及检错寄存器等。

　　有的时候，处理器中还有一些缓存，用来暂时存放一些数据指令，缓存越大，说明CPU的运算速度越快，目前市场上的中高端处理器都有2M左右的二级缓存，高端处理器有4M左右的二级缓存。

　　2.3控制部件

　　控制部件，主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

　　其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

　　微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。

　　简单指令是由(3～5)个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。

　　逻辑硬布线控制器则完全是由随机逻辑组成。指令译码后，控制器通过不同的逻辑门的组合，发出不同序列的控制时序信号，直接去执行一条指令中的各个操作。

　　第三章 CPU的工作原理

　　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。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。

　　指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由 一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。 3.1提取

　　第一阶段，提取，从存储器或高速缓冲存储器中检索指令(为数值或一系列数值)。由程序计数器(Program Counter)指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。

　　提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。

　　3.2解码

　　CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构(ISA)定义将数值解译为指令。 一部分的指令数值为运算码(Opcode)，其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给指令必要的信息，诸如一个加法(Addition)运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值(即立即值)，或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。

　　在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往可以重写，方便变更解码指令。

　　3.3执行

　　在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。

　　例如，要求一个加法运算，算数逻辑单元(ALU，Arithmetic Logic Unit)将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值，而输出将含有总和的结果。ALU内含电路系统，易于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算(比如加法和位元运算)。如果加法运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果，在标志暂存器里，运算溢出(Arithmetic Overflow)标志可能会被设置。

　　3.4写回

　　最终阶段，写回，以一定格式将执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速存取。在其它案例中，运算结果可能写进速度较慢，但容量较大且较便宜的主记忆体中。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果。这些一般称作“跳转”(Jumps)，并在程式中带来循环行为、条件性执行(透过条件跳转)和函式。

　　在执行指令并写回结果之后，程序计数器的值会递增，反覆整个过程，下一个指令周期正常的提取下一个顺序指令。如果完成的是跳转指令，程序计数器将会修改成跳转到的指令位址，且程序继续正常执行。许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码，并且同时执行。这个部分一般涉及“经典RISC管线”，那些实际上是在众多使用简单CPU的电子装置中快速普及(常称为微控制(Microcontrollers)。

　　第四章 CPU和芯片组动态及发展趋势

　　自20xx年第一季度intel推出32nm版的双核心处理器「Clarkdale」和「 Arrandale 」。对应桌面平台为clarkdale，移动处理器为Arrandale。采用Westmere 32纳米工艺制作而成。新的i3,i5 ,i7并第一次将内存控制器整合在当中。同时新的移动处理器还“”性的将图形处理核心(GPU)整合到了处理器中。其中GPU核心采用45nm工艺制做，而CPU核心采用32nm工艺。并且为CPU内置3-4M的L3cache。

　　根据Intel的“Tick”-“Tock”钟摆策略，intel将更新CPU的微架构，全新微架构命名为Sandy Bridge。相比上代的Nehalem微架构(即Core i5/i7)，Sandy Bridge有几大重要革新：1、内置高性能GPU(核芯显卡)将显卡与CPU无缝结合。2、第二代睿频加速技术。3、在CPU、GPU、L3缓存和其它IO之间引入全新RING(环形)总线。4、全新的AVX指令集。

　　Sandy Bridge仍会沿用Core i3/i5/i7三大品牌，并用“第二代”加以区别，继续主打“智能”的概念，命名为“第二代智能酷睿处理器

　　第五章 小结

　　随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件，CPU(微型机系统)从雏形出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越来越先进，在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成CPU的内部结构。

　　如果一味地提升CPU 的性能，而没有相匹配的软件运行在上面，那么CPU性能提升也无法体现其效果和意义。因此，我们进一步的工作是，应该结合当前CPU 的发展趋势，设计和开发一些CPU 能运行起来的相关应用软件，为新一代的软件产业发展指导方向。

　　经过此次调研我发现，计算机由于各种原因总会出现一些故障。特别当遇到CPU 常见故障时, 我们应该对CPU 的主要性能指标有充分的了解，分析故障原因，掌握常用的排除方法与技巧，避免CPU 故障造成计算机黑屏、死机等麻烦。当今对计算机速度的需求越来越大，为了迎合市场需求，电子产品更新换代越来越快，更快的研发新型产品势必成为研发人员的方向，在未来我，我相信会有更加多种多样的CPU问世。