| OMRON CJ1W-AD081-V1 處理器 |
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中央處理器是電子計算機的主要設(shè)備之一，電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。電腦中所有操作都由CPU負責(zé)讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。程序是由指令構(gòu)成的序列，執(zhí)行程序就是按指令序列逐條執(zhí)行指令。一旦把程序裝入主存儲器中，就可以由CPU自動地完成從主存取指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。這是指控制程序中指令的執(zhí)行順序。程序中的各指令之間是有嚴格順序的，必須嚴格按程序規(guī)定的順序執(zhí)行，才能保證計算機工作的正確性。
寄存器部件，包括通用寄存器、專用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定點數(shù)和浮點數(shù)兩類，它們用來保存指令中的寄存器操作數(shù)和操作結(jié)果。通用寄存器是中央處理器的重要組成部分，大多數(shù)指令都要訪問到通用寄存器。通用寄存器的寬度決定計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路寬度，其端口數(shù)目往往可影響內(nèi)部操作的并行性。專用寄存器是為了執(zhí)行一些特殊操作所需用的寄存器。控制寄存器通常用來指示機器執(zhí)行的狀態(tài)，或者保持某些指針，有處理狀態(tài)寄存器、地址轉(zhuǎn)換目錄的基地址寄存器、特權(quán)狀態(tài)寄存器、條件碼寄存器、處理異常事故寄存器以及檢錯寄存器等。有的時候，中央處理器中還有一些緩存，用來暫時存放一些數(shù)據(jù)指令，緩存越大，說明CPU的運算速度越快，目前市場上的中高端中央處理器都有2M左右的二級緩存，高端中央處理器有4M左右的二級緩存。 控制部件，主要負責(zé)對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是以微存儲為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯硬布線結(jié)構(gòu)為主的控制方式。微存儲中保持微碼，每一個微碼對應(yīng)于一個最基本的微操作，又稱微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構(gòu)成微程序。中央處理器在對指令譯碼以后，即發(fā)出一定時序的控制信號，按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個微操作，即可完成某條指令的執(zhí)行。簡單指令是由（3～5）個微操作組成，復(fù)雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。 主頻也叫時鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運算、處理數(shù)據(jù)的速度。CPU的主頻=外頻×倍頻系數(shù)。主頻和實際的運算速度存在一定的關(guān)系，但并不是一個簡單的線性關(guān)系。 所以，CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產(chǎn)品中，也可以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現(xiàn)得差不多跟2.66 GHz至強（Xeon）/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線、總線等等各方面的性能指標。 外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。通俗地說，在臺式機中，所說的超頻，都是超CPU的外頻（當然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點是很好理解的。但對于服務(wù)器CPU來講，超頻是絕對不允許的。前面說到CPU決定著主板的運行速度，兩者是同步運行的，如果把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會產(chǎn)生異步運行，（臺式機很多主板都支持異步運行）這樣會造成整個服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。目前的絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻與主板前端總線不是同步速度的，而外頻與前端總線（FSB）頻率又很容易被混為一談。 倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)－CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，少量的如Intel 酷睿2核心的奔騰雙核E6500K和一些CPU不鎖倍頻，而AMD之前都沒有鎖，現(xiàn)在AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶可以自由調(diào)節(jié)倍頻，調(diào)節(jié)倍頻的超頻方式比調(diào)節(jié)外頻穩(wěn)定得多）。 緩存大小也是CPU的重要指標之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。 L1 Cache(一級緩存）是CPU第一層高速緩存，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般服務(wù)器CPU的L1緩存的容量通常在32－256KB。 L2 Cache（二級緩存）是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部兩種芯片。內(nèi)部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，以前家庭用CPU容量最大的是512KB，現(xiàn)在筆記本電腦中也可以達到2M，而服務(wù)器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高，可以達到8M以上。 L3 Cache(三級緩存），分為兩種，早期的是外置，現(xiàn)在的都是內(nèi)置的。而它的實際作用即是，L3緩存的應(yīng)用可以進一步降低內(nèi)存延遲，同時提升大數(shù)據(jù)量計算時處理器的性能。降低內(nèi)存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計算能力對游戲都很有幫助。而在服務(wù)器領(lǐng)域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內(nèi)存會更有效，故它比較慢的磁盤I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統(tǒng)緩存行為及較短消息和處理器隊列長度。 
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