解決方案
什么是微處理器？
幾乎每個人都使用電腦，無論是在家里還是在工作中。事實上，有些人無法訪問機器的情況并不常見。我們在很大程度上依賴于計算機，尤其是在商業(yè)領(lǐng)域。但很少有人了解它們是如何工作的。為什么計算機會執(zhí)行你輸入的命令？這個問題的答案來自于計算機的微處理器。理解這一點，當然，并沒有提供太多的形式的解釋。我們將讓您了解什么是微處理器，它是如何工作的，以及更多。
微處理器是執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的計算機系統(tǒng)的中心部件，這些運算通常包括加、減、將數(shù)字從一個字段移動到另一個字段，以及比較兩個數(shù)字。它通常被簡單地稱為處理器、中央處理器或邏輯芯片。一旦機器啟動，實際上是電腦的馬達或大腦開始運作。這是一個可編程的多用途系統(tǒng)，它將CPU（中央處理器）功能集成在一個單一的集成電路
英特爾微處理器
微處理器是一個微型計算機控制單元，建立在一個小芯片上，可以執(zhí)行ALU（算術(shù)邏輯面板）操作，并與連接到它的其他計算機通信。
微處理器由一個ALU、一系列寄存器和一個控制面板組成。ALU對存儲器或從用戶獲得的輸入計算機數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算。注冊表集合由用字母（如B、C、D、E、H、L和累加器）標識的注冊表組成?？刂茊卧芾碛嬎銠C內(nèi)的數(shù)據(jù)流和指令。
Ⅱ微處理器是怎樣工作的？
微處理器以二進制數(shù)據(jù)作為輸入，存儲數(shù)據(jù)，然后根據(jù)存儲器指令提供輸出。數(shù)據(jù)使用微處理器的ALU（算術(shù)和邏輯單元）、控制單元和一系列寄存器來存儲。寄存器陣列通過各種寄存器管理數(shù)據(jù)，這些寄存器用作臨時快速存儲器位置，便于訪問?？刂葡到y(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)控制指令和數(shù)據(jù)的流動。
了解微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解微處理器是如何工作的，并考慮構(gòu)建微處理器的邏輯是非常有用的。在這個過程中，你還可以學(xué)習(xí)匯編語言&mdash；微處理器的本機語言&mdash；以及工程師可以用來提高處理器速度的所有東西。
微處理器在計算機上執(zhí)行一系列指令，通知處理器要做什么。微處理器根據(jù)指令做三件簡單的事情：
微處理器可以執(zhí)行算術(shù)運算，如加、減、乘、除，使用它的ALU（算術(shù)/邏輯單元）。當前的微處理器具有完整的浮點處理器，能夠?qū)Υ罅康母↑c數(shù)運行高度復(fù)雜的操作。
微處理器可以將數(shù)據(jù)從存儲器的一個位置傳送到另一個位置。
微處理器可以根據(jù)這些選擇做出選擇，并切換到新的指令集。
就像做一個微處理器一樣簡單。微處理器可能具有：
向存儲器發(fā)送地址的地址總線（可以是8、16或32位寬）
一種消息總線，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯ζ骰驈拇鎯ζ髦袡z索數(shù)據(jù)（可以是8位、16位或32位寬）
一種RD（讀）和WR（寫）線，用于詢問存儲器是否需要設(shè)置或?qū)ぶ吩撐恢?/p>
允許處理器發(fā)出時鐘脈沖的時鐘線
將計數(shù)器程序重置為零（或其他值）的重置行。并重新開始執(zhí)行
在本例中，地址總線和數(shù)據(jù)總線都是 8 位的，以下是微處理器的基本組件：
寄存器A、B和C本質(zhì)上是觸發(fā)器鎖存器。（有關(guān)信息，請參閱布爾邏輯如何工作的“邊緣觸發(fā)鎖存器”一節(jié)。）
地址鎖類似于A、B和C寄存器。
系統(tǒng)監(jiān)視器是一個鎖，它具有額外的容量，當它被告知這樣做時，它可以增加1，然后當它被告知這樣做時，它可以重置為零。
ALU可以像8位加法器一樣簡單（詳見布爾邏輯工作原理中關(guān)于加法器的章節(jié)），或者8位值可以加、減、乘、除。這里讓我們說以下幾點。
測試寄存器是一個特殊的鎖存器，它可以保存來自ALU比較的值。ALU通常將兩個數(shù)字等同起來，以確定它們是否相等，如果一個大于另一個，以此類推。通常情況下，校驗寄存器將保留來自加法器最后一級的進位位。它將這些值存儲在觸發(fā)器中，然后指令解碼器可以使用這些值來做出決定。
該圖包括六個標有“三態(tài)?！边@些是來自三態(tài)的緩沖區(qū)。三態(tài)緩沖器可以通過一個1、一個0或者它可以有效地減去輸出（想象一個開關(guān)，將輸出線從輸出頭所在的電線上完全斷開）。三態(tài)緩沖器可將多個輸出連接到電纜，但其中只有一個輸出可直接將1或0移動到軌道。
指令寄存器和指令解碼器負責監(jiān)控其他元件。
指令寄存器和指令解碼器負責控制所有其他組件。
Ⅲ微處理器的應(yīng)用
1. 便攜式設(shè)備上使用的微處理器
今天，像智能手機，筆記本電腦，便攜式媒體播放器這樣的移動設(shè)備都有非常強大的微處理器，以至于它們可以與臺式計算機相比。更有甚者，這些天來處理器上也出現(xiàn)了內(nèi)核。CPU最初是單核CPU，隨后出現(xiàn)了雙核、四核、六核、八核，現(xiàn)在還有十核。今天大部分的CPU是64位的。隨著在手持處理器中引入圖形處理器（GPU），這些機器現(xiàn)在將提供高質(zhì)量的圖形、虛擬現(xiàn)實功能、3D功能和4K視頻，加上升級的CPU容量意味著更高的性能。
聯(lián)發(fā)科和英特爾是這方面的先行者。聯(lián)發(fā)科是臺灣芯片系統(tǒng)（SoC）的供應(yīng)商，它生產(chǎn)的所有芯片組都顯示來自英國ARM公司的64位架構(gòu)。集團，以及軟件設(shè)計公司。ARM的匯編代碼是由幾個簡單的指令組成的，而不是更小但更復(fù)雜的指令，而且ARM沒有多余或困難的功能，使得這類芯片很容易構(gòu)造。
新的MediaTek SoC支持高達3.0GHz的速度，并且可以提供多種核心，無論是雙核(2核)、四核(4核)、Hexa Core(6核)和Deca Core(10核)。因此，中國手機制造商主要使用MediaTek芯片組并不令人震驚。實際上，MediaTek處理器被認為是預(yù)算微處理器領(lǐng)域中最好的處理器(用于手機)。MediaTek的新CPU是HelioP 90。支持功能，如智能成像，更好和更快的攝影，更快和更有效的游戲，以及先進的連接與雙4G SIM，說。
另一方面，英特爾制造基于X86架構(gòu)的處理器，支持所有主流的移動操作系統(tǒng)。英特爾凌動處理器被用于X5和X7系列中的公司的主要處理器。他們有64位架構(gòu)和四個核心，可以高達2.4 GHz的時鐘。英特爾酷睿M是在移動設(shè)備和筆記本中要使用的低電壓處理器之一。
2. 通用計算中使用的微處理器（普通臺式機和筆記本電腦）
英特爾和AMD是這一領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)先者。英特爾，CPU和其他主要是單線程功能被認為是最好的游戲。核心i5-9400F，既便宜又強大，特別值得一提。它有六個核心，這足以滿足大多數(shù)程序和體面的4.1GHz頻率時，使用渦輪增壓形式。這已經(jīng)比幾年前的核心i5-7600 K做得更好，而且更便宜。核心i3-8100，同時，是英特爾最好的預(yù)算提供。這是一個4核3.6GHz頻率處理器，不提供額外的提升速率，這對大多數(shù)PC用戶來說已經(jīng)足夠好了。
銳龍33200G被認為是AMD最新的入門級CPU。Zen+的CPU內(nèi)核對于1080p的入門級游戲來說已經(jīng)足夠好了，而Vega的顯卡內(nèi)核據(jù)稱比英特爾的高清顯卡更強大。它的成本效益也，在100美元。
3. 用于高性能計算（超級計算機）的微處理器
在我們進入高性能計算(HPC)之前，讓我們簡要地看看什么是高性能計算(HPC)。它實質(zhì)上是指以一種比從標準個人機器或工作站解決重大科學(xué)、技術(shù)或業(yè)務(wù)問題的方式提供更高效率的方式聚合處理資源。當然，它比簡單的桌面要復(fù)雜得多。這類計算機是相對于一般用途的計算機或所謂的超級計算機而言具有更高效率的機器。超級計算機在計算科學(xué)中扮演著重要的角色，在量子力學(xué)、天氣預(yù)報、氣候研究、石油和天然氣勘探、分子建模(化學(xué)化合物、大分子、聚合物和晶體的計算結(jié)構(gòu)和性質(zhì))和物理模擬(早期矩模擬)等領(lǐng)域中被用于大量的計算密集型任務(wù)。他們還在密碼分析(分析數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)以研究進程的秘密維度)方面發(fā)揮了重要作用。
在2019年6月全球最快超級計算機500強排行榜中，中國擁有最多的系統(tǒng)數(shù)量(219臺)，美國在前10名中占據(jù)了5席。某些客戶端處理器往往不像Intel那樣常見，盡管IBMPowerCPU可以包括在七個系統(tǒng)的列表中，緊隨其后的是三個系統(tǒng)上的AMD處理器。英特爾處理器中有95.6%的處理器被列入了名單。
例如，由中國國防科技大學(xué)研制的天河2A（銀河2A）超級計算機在榜單上排名第四。這使用了英特爾至強處理器和Matrix-2000處理器的混合。Frontera是另一臺超級計算機，它的Dell C6420運算速度為23.5 petaflops，運行的是英特爾Xeon Platinum 8280處理器。排名第六的是瑞士超級計算機Piz Daint，它配備了Cray XC50系統(tǒng)，配備了英特爾至強CPU和NVIDIA P100 GPU。
4. 微處理器用于電子（智能家居設(shè)備、體育、汽車）
聯(lián)發(fā)科、英特爾和AMD是這一集團的主要競爭對手。聯(lián)發(fā)科制造蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、高清晰度電視、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子消費產(chǎn)品、遠程寬帶電話網(wǎng)絡(luò)和光盤驅(qū)動器。2018年，該公司宣布計劃通過開發(fā)在許多智能家居產(chǎn)品中驅(qū)動人工智能（AI）語音和視覺功能的技術(shù)來擴展其家庭娛樂產(chǎn)品。同時發(fā)布的還有MT8695、4K加密狗SoC、基于模塊的MT8516系統(tǒng)（SoM）和智能顯示器。聯(lián)發(fā)科在提供智能家居生態(tài)語音助手（VAD）SoC解決方案方面已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，聯(lián)發(fā)科芯片支持Amazon Alexa、Google Assistant、阿里巴巴、百度等多種主流人工智能語音服務(wù)。
另一方面，英特爾(Intel)和AMD(AMD)在為游戲設(shè)備/電腦開發(fā)微處理器方面尤其出名。英特爾核心i9-9900 K是一個完美的選擇，當涉及到下載和游戲，因為它提供了5 GHz的最高速度，而AMD的Ryzen 3900 X提供了4.5 GHz的最高速度。
今天，汽車也知道使用微控制器。一個微控制器在單個是一種緊湊的設(shè)備，它類似于SoC，但沒有SoC復(fù)雜，SoC將微控制器作為其組件之一。對于車輛，微控制器可以執(zhí)行各種任務(wù)，例如啟用涉及傳感系統(tǒng)、車速、空調(diào)管理、數(shù)字視聽系統(tǒng)和制動機制的汽車溫度等復(fù)雜接口。英飛凌三核微控制器、Atmel AVR微控制器、PIC微控制器、瑞薩微控制器和都是這一類中比較受歡迎的例子。
Ⅳ微處理器與微控制器
微處理器是一種內(nèi)部只有CPU的集成電路。這樣的微處理器不是帶有RAM、ROM和其他外圍設(shè)備的片上處理器。為了使它們具有功能性，系統(tǒng)設(shè)計者必須在外部添加它們。微處理器的應(yīng)用包括臺式電腦、筆記本電腦、記事本等。
但對于微控制器來說，情況并非如此。一個微控制器裝有一個CPU，加上一組RAM、ROM和其他外圍設(shè)備，這些都包含在一個芯片中。它也被稱為微型計算機或單片機。今天，幾家制造商生產(chǎn)的微控制器具有廣泛的功能，可在各種版本。
微控制器設(shè)計用于執(zhí)行不同的活動。特定是指定義輸入和輸出之間關(guān)系的應(yīng)用程序。根據(jù)輸入，必須執(zhí)行任何分析并提供輸出。鍵盤，鼠標，洗衣機，數(shù)碼相機，隨身碟，屏幕，微波爐，汽車，自行車，手機，平板電腦，手表等。由于實現(xiàn)是非常有限的，有限的資源，如RAM，ROM，I/O端口等是必需的，因此可以安裝在一個單一的芯片。
微處理器可以考慮功能不特定的應(yīng)用，如軟件制作、游戲、博客、照片處理、紙張形成等。在這種情況下，沒有輸入和輸出之間的關(guān)系的描述。他們需要高資本，如RAM，ROM，I/O端口等。
與微控制器相比，微處理器的時鐘速度非常高。雖然微控制器的運行頻率從幾MHz到30到50 MHz，但當執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)時，今天的微處理器運行頻率超過1GHz。詳細了解微控制器是什么樣的。
在成本方面比較微控制器和微處理器是沒有道理的。微控制器無疑比微處理器便宜得多。但是，不能用微控制器代替微處理器，也不建議用微處理器代替微控制器，因為這樣做的成本很高。不能使用獨立的微處理器。它們需要其他外圍設(shè)備，如RAM、ROM、緩沖器、I/O端口等，因此圍繞微處理器構(gòu)建的機器非常昂貴。
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