如何制作一个CPU

如何制作一个CPU

CPU(Centralprocessingunit)是现代计算机的核心部件，又称为微处理器。对于PC而言，CPU的规格与频率常常被用来作为衡量一台电脑性能强弱重要指标。Intelx86架构已经经历了二十多个年头，而x86架构的CPU对我们大多数人的工作、生活影响颇为深远。

CPU 它是计算机的核心部件，计算机进行信息处理可分为两个步骤：

将数据和程序(即指令序列)输入到计算机的存储器中。从第一条指令的地址起开始执行该程序，得到所需结果，结束运行。CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列，使其有条不紊地进行。因此它必须具有以下基本功能：

a)取指令：当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址取出一条程序，为此要发出指令地址及控制信号。

b)分析指令：即指令译码。是对当前取得的指令进行分析，指出它要求什么操作，并产生相应的操作控制命令。

c)执行指令：根据分析指令时产生的操作命令形成相应的操作控制信号序列，通过运算器，存储器及输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。

将其功能进一步细化，可概括如下：

能对指令进行译码并执行规定的动作；

可以进行算术和逻辑运算；

能与存储器，外设交换数据；

提供整个系统所需要的控制；

尽管各种CPU的性能指标和结构细节各不相同，但它们所能完成的基本功能相同。由功能分析，可知任何一种CPU内部结构至少应包含下面这些部件：算术逻辑运算部件(ALU)、累加器、程序计数器、指令寄存器、译码器、时序和控制部件。

许多对电脑知识略知一二的朋友大多会知道CPU里面最重要的东西就是晶体管了，提高

cpu控制器的设计

《计算机组成与结构》 课程设计报告 题目：CPU控制器设计 院（系）：信息科学与工程 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师：顾兵 20 15 年 06 月 15 日至20 15 年 06 月 26 日 华中科技大学武昌分校制

计算机组成与结构课程设计任务书

目录 目录 (i) 1需求与总体设计 (1) 1.1设计任务及功能要求 (1) 1.1.1设计任务 (1) 1.1.2功能要求 (1) 1.2总体设计 (1) 1.2.1总体设计原理 (1) 1.2.2总体设计说明 (1) 1.3总体框图 (2) 2详细设计与实现 (3) 2.1方案设计与实现 (3) 2.1.1输入与输出逻辑图 (3) 2.1.2指令与控制信号真值表 (3) 2.1.3控制器设计思路流程图 (4) 2.2指令分析及逻辑电路图 (4) 2.2.1 R-type型指令 (4) 2.2.2 Ori指令 (5) 2.2.3 lw指令 (6) 2.2.4 sw指令 (7) 2.2.5 branch指令 (7)

2.2.6 Jump指令 (8) 2.2.7逻辑电路图 (9) 2.3 VHDL代码分析及实现 (10) 2.3.1代码分析 (10) 2.3.2代码实现 (11) 3电路仿真调试 (14) 3.1代码仿真 (14) 3.2功能仿真及调试 (14) 总结 (17) 参考文献 (18)

1需求与总体设计 1.1设计任务及功能要求 1.1.1设计任务 通过对CPU的工作原理和逻辑功能的理解，运用VHDL硬件描述语言实现能支持基本指令的单时钟控制器设计，采用QUARTUS II软件设计仿真和调试完成。 1.1.2功能要求 1.运用VHDL实现能支持基本指令的单时钟控制器设计与调试。 1>实现能够执行R类型、ori、addiu、lw、sw、beg以及jump指令的单时钟控制器使其能够支持基本的指令。 2>实现cpu的控制。 2.采用QUARTUS II软件设计仿真和调试完成。 1.2总体设计 1.2.1总体设计原理 CPU每次从存储器读取一条指令后，PC指针指向正在取值的指令并存放到指令寄存器IR中，IR将指令送到控制器，控制器对指令进行译码，判断指令类型，从而生成相应指令对应的的数据通路控制信号，指挥整个CPU的运转。 控制单元主要包含一个指令译码器，输入的是指令操作码op（R-型指令还包括功能码func），输出的是控制信号。所以，控制单元的设计过程如下。 1>根据每条指令的功能，分析控制信号的取值，并在表中列出。 2>根据列出的指令和控制信号的关系，写出每个控制信号的逻辑表达式。 1.2.2总体设计说明 1）指令格式如下：

定义CPU阀值,达到对功耗起一定的控制作用的修改教程

这个要修改的文件在framework-res.apk里 1.反编译不多说 2.打开xml/power_profile.xml文件 3.我们可以看到一般我们都是这个样子的： 0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 1 0.5 1 0.2 0.1

400000 0.1 0.2 1000 上面的0，0.1这些是表示CPU一直全速，下面的400000表示空闲时低到400 要实现自动调频，我们需要修改： < value>400000 < /array> < item name="cpu.idle">0.1 < array name="cpu.active"> < value>0.2 < /array> 为： 1000000 900000 800000 700000 600000 500000 400000

MOTION CPU实模式控制方法

1，三菱Q系列PLC CPU与Q173可组成多CPU系统，Q173是三菱公司开发的控制多轴伺服电机的专用CPU。该CPU只用使用三菱网络型的伺服电机，网络模式：SSCNETⅠ；SSCNET Ⅱ；SSCNETⅢ 2，Q173 CPU，Q172 CPU又被称为MOTION CPU；Q173CPU最多可控制32轴的伺服;Q172CPU 最多可控制8轴；（以下都称MOTION CPU） 3，Motion CPU是单独的控制单元；可独立构成系统；与PLC CPU组成多CPU系统时,可设置一个互相刷新的数据区域。MOTION CPU的控制方式分为实模式和虚模式，以下方法是适合实模式。关于虚模式以后文档再行讲述 4，构建多CPU系统，需要GX-Devoeloper与MT-Devoeloper区同设置；下面介绍GX－Devolper 端的介绍，GX-Devoeloper的软件版本必需要为8.52以上 5，在刷新设置里面可以具体的去配置，数据刷新的点数和数据区域；如下图：是PLC CPU 的刷新区；

6， 7，这些数据区域对应的Motion CPU里的地址名称 M10000-M10799共800个BIT;对应MOTION CPU#1的M3200-M3999; M14000-M14799对应MOTION CPU#2的M3200－M3999 R1900-R1999共100WORD对应MOTION CPU#1 D640-D739;R13900-R13999对应MOTION CPU#2的D640-D739 R0-R1599共1600个WORD对应MOTION CPU#1的D2000-D3599;R12000-R13599对应MOTION CPU#2的D2000-D3599 M12000-M12799共800bit 对应MOTION CPU#1的M6000-M6799;M16000-M16799对应MOTION CPU#2的M6000-M6799 下图是MOTION CPU#2端设置截图：

双CPU(单片机)控制系统

摘要：针对重要系统可靠性要求，特设计了一种双CPU控制系统。在该系统中，两个CPU彼此独立运行，可以自动或手动实现双机的主辅切换，只有主CPU能正常读写外部RAM数据和控制输出。 关键词双CPU 切换监控控制 单片微机具有小巧灵活、易扩展成为功能强大的控制系统。目前，一些监控终端以及许多独立的控制系统（如：发电机的微机励磁装置）多以单片微机为核心构成。但由于诸如工作环境恶劣、电磁干扰等原因，即使使用按工业测控环境要求设计的单片微机也难以保证控制系统能长期可靠的运行，从而导致控制系统瘫痪。这样，如何提高控制系统的可靠性，保证测控系统能正确稳定的运行就尤为重要。显然，采用双CPU冗余设计是非常有效的一种解决办法。由于单片微机的功能强大，价格低廉，为设计双机冗余系统提供了很好的条件。为此，我们设计了一种由两片单片微机组成的双机容错系统，以比较简单和与传统的多CPU系统完全不同思路的设计方法实现了双机的互为备 用及相互切换。在该双机冗余系统设计中，其关键问题是双机系统的重构策略和双机系统的仲裁逻辑切换。 1 传统的多CPU系统设计方法 传统的多CPU系统的常用设计方法有三种：

①利用双口RAM实现CPU之间的通信。双口RAM是一种高速的并行传输芯片，具有两套I/O口和竞争裁决电路，可以同时联接两个CPU，这样通过双口RAM可以实现多CPU之间通信。 ②利用共享存的方法实现CPU之间的通信。这种方法与上一种方法类似，所不同的是，上一种方法是利用双口RAM的竞争裁决电路实现对RAM的访问，而这种方法是利用不同的时序实现存共享的。③利用总线方法实现CPU之间的通信。通过接口芯片或CPU本身具备的SPI、I2C以及SMBus等接口实现CPU之间的通信。 2 该双CPU系统的结构和工作原理 该双CPU控制系统与传统的多CPU系统的设计方法完全不同，它由两片Atmel公司生产的AT89C51 CPU构成，双机互为备用，彼此独立并行运行，硬逻辑切换。其双CPU控制系统原理框图如图1所示。 这是一种非表决式的双机冗余系统，一个CPU 作为另一CPU的热备份，双机在任务上同步运行。所有输入信号通过输入接口同时送给两个CPU，但CPU 运算、处理后的输出量受到仲裁切换电路的控制，只有主CPU允许读写外部数据存贮器及输出至外部设备，当主CPU发生故障时，系统的自我检测切换逻辑将发出信号，自动切断其输出通道，并通过CPU的工作指示系统报警。此时，系统或自动或人工切换到另一个备用的CPU，并同时打开其输出通道，备用机变为主机运行状态，控制系统这时降级为单机运行。人们可以将原主机拔离系统以

cpu控制器如何工作

cpu控制器如何工作 cpu控制器工作介绍一： cpu的控制器控制cpu工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。以上如果太少~可以加上后面的但工作节奏由震荡信号控制。 运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 cpu控制器工作介绍二： cpu的原始工作模式 在了解cpu工作原理之前，我们先简单谈谈cpu是如何生产出来的。cpu是在特别纯净的硅材料上制造的。一个cpu芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，cpu正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建cpu的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态:on(开)和off(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应!这样，计算机就具备了处理信息的能力。 但你不要以为，只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管

的原理很简单，其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的。在晶体管之前，计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来，科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中，这样便创作出第一个集成电路，再后来才有了微处理器。 看到这里，你一定想知道，晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢?其实，所有电子设备都有自己的电路和开关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置为off，电子将停止流动，如果你再将其设置为on，电子又会继续流动。晶体管的这种on与off的切换只由电子信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样，晶体管的on状态用“1”来表示，而off状态则用“0”来表示，就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况，将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子，十进位中的1在二进位模式时也是“1”，2在二进位模式时是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此类推，这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值，也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制，晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。 cpu控制器工作介绍三： 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、

PLC的双CPU冗余控制实现

PLC的双CPU冗余控制实现 >摘要：本文介绍了在熔盐炉自动系统中，采用Allen-Bradley ControlLogix双CPU的PLC控制器，以软件方式实现CPU冗余控制。这是一种花钱少、效果好的提高系统可靠性的有效手段。 关键词：CPU冗余，ControlLogix，编程 PLC是现代工业的三大支柱之一，是可靠性高、应用非常广泛的工业控制产品。在中大型模块化的PLC产品中，CPU 模块（中央处理器）是PLC的中心。一些重大的工业生产线往往要求连续运行不能停顿，而可靠性再高的PLC也不能保证故障为零，因此，双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段。下面以熔盐炉自控系统为实例详述双CPU冗余控制的实现方法。 一、熔盐炉自动系统综述 熔盐炉自控系统是一水硬铝管道化溶出生产线上的重要环节，控制熔盐的加热和循环，用熔盐的热量去循环加热铝矿石浆。铝矿石浆的加热至关重要，影响最终产品—氧化铝的质量和产量，因此，熔盐的温度控制和循环控制非常重要。 由于熔盐炉系统在管道化工程中的重要性，同时考虑到熔盐是一种活跃的化学品，在不同的温度下有不同的形态，低温下凝固，高温下不稳定会发生化学反应，从而腐蚀管壁甚至于爆炸，所以安全、可靠、操作简便和自动化管理是系统设计的关键，因此考虑用一套双CPU冗余的PLC、两套工控机、高质量的传感器、变送器和执行机构来控制两台1200万大卡的熔盐炉、一台盐泵、一组盐阀、一个熔盐槽和其他相关设备，实现熔盐的加热和循环过程自动化、计算机操作、监控和管理的自动化控制。该系统如图1所示。 控制器PLC、工控机(包括显示器)、通讯网络和电源及关键测试点等系统中的重要部件均采用冗余结构，两套工控机和

CPU的功能及组成

第六章中央处理器 6.1 CPU的功能及组成 一、教学目标： 1. 了解CPU的功能 2. 掌握CPU的各组成部分的功能 二、教学重点、难点 CPU的功能，CPU的各组成部分的功能 三、教学方法 教师讲解，学生思考、记忆；教与学对应的全链式教学法 四、教具使用 计算机一台、多媒体幻灯片演示 五、教学内容与过程 导入：提问：使计算机运作起来的内部核心是什么？计算机硬件的组成有哪些？ 引导学生思考、回答并相互补充。 教师总结归纳计算机语言及软件的特点，进入教学课题。 讲授新课：（多媒体幻灯片演示和板书） 6.1 CPU的功能及组成 6.1.1 CPU的功能 1.指令控制 教师讲解： 程序的顺序控制，称为指令控制。它控制指令必须严格地按程序设定的顺序进行。若要计算机解决某个问题，程序员就要编制解题程序，而程序是指令的有序集合。 提问：什么是指令控制？ 学生思考、看书、回答； 教师总结： 按照“存储程序控制”的概念，程序被装入主存后，应能按其指令序列有条不紊地执行，方可完成具体的任务。因此，保证机器按顺序执行程序是CPU的首要任务。 2.操作控制 提问：请参照课本思考操作控制的作用？ 学生思考、看书、回答； 教师总结： 一条指令的执行，要涉及到计算机中的若干个部件。控制这些部件协同工作，要靠各种操作信号组合起来工作。因此，CPU产生操作信号传送给被控部件，并能检测其他部件发送来的信号，是协调各个工作部件按指令要求完成规定任务的基础。 3．时间控制 教师讲解： 对各种操作实施时间上的定时，称为时间控制。除了时间控制之外，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，才能保证各功能部件组合构成有机的计算机系统。4．数据加工 教师讲解： 要完成具体的任务，就不可避免地涉及到数值数据的算术运算、逻辑变量的逻辑运算以及其他非数值数据(如字符、字符串)的处理，对数据进行这些运算和处理，称为数据加工。完成数据的加工处理是CPU的根本任务。 6.1.2 CPU的组成 提问：什么是协调和指挥整个计算机系统工作的“决策机构”？ 学生思考、看书、回答； 教师总结： 传统的CPU由运算器和控制器两大部分组成。但是随着高密度集成电路技术的发展，一些CPU外部的逻辑功能部件纷纷移入CPU内部。这样，CPU就由运算器、cache、控制器三大部分组成。其中运算器和cache我们已经讲过，所以本章讲解的重点为控制器。 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五部分组成。控制器是协调和指挥整个计算机系统工作的“决策机构”。 1．程序计数器(PC) 提问：程序计数器的功能是什么？ 学生思考、看书、回答； 教师总结： 为了保证程序按其指令序列执行下去，CPU必须确定下一条指令的地址。程序计数器的功能就是用来确定下一条指令在主存中的地址。当CPU取得当前要执行的指令后，通过修改程序计数器中的值来确定下一条指令在主存中的存放地址。 程序计数器值的修改分两种情况：一是顺序指令的执行情况，二是分支转移指令的执行情况。 ⑴顺序指令的执行情况当CPU执行顺序指令时，程序计数器值的修改较为简单。若当前取得的指令是单字节指令，即将程序计数器的值加1；若当前取得的指令是双字节指令，即将程序计数器的值加2，…；如果当前取得的指令是n字节，则将程序计数器的值加n。 ⑵分支转移指令的执行情况在执行分支转移指令时，由分支转移指令的寻址方式确定下一条指令在主存中的地址。若分支转移指令的寻址方式是相对寻址，那么，程序计数器的值修改为当前地址加上相对偏移量；若分支转移指令的寻址方式是绝对寻址，即将转移指令中绝对转移地址送给程序计数器；当间接寻址方式的分支转移指令时，程序计数器的值从寄存器或主存中间接得到。 2．缓冲寄存器(DR) 教师讲解： 缓冲寄存器用来暂时存放CPU从主存读来的一条指令字或一个数据字。当CPU要将数据传送给主存时，亦先将数据保存到缓冲寄存器中。 注意： 缓冲寄存器的作用是：

如何设置BIOS来控制CPU风扇智能调节功能

如何设置BIOS来控制CPU风扇智能调节功能 现在市面上的CPU风扇(原包)或者自己另外购买的CPU风扇都具有智能调节功能，达到既不会转速长时间过高浪费不必要的电力以及产生噪音问题，又能在电脑应用过高产热量大的情况时提高转速保护CPU温度维持在一个合理的范围里。那么cpu风扇转速调节该怎么调，经过本人的查找，终于找到了好办法，与大家分享。 cpu风扇转速调节步骤1：要启用智能CPU风扇控制功能，必须先将主板BIOS中的“CPU FAN Control by”设置为SMART。反之将其设置为：“Disabled”就是全速运行了 cpu风扇转速调节步骤2：无论使用哪种型号的CPU，建议将CPU Fan Start温度设定在24～35℃。如果将CPU散热风扇起始温度设得太高(如50℃以上)，而Start PWM Value又设得过低(如800rpm左右的PWM值)，就会使CPU产生的热量无法及时排出，从而造成过热死机的后果; cpu风扇转速调节步骤3：CPU Fan Off(℃)设置项在系统进入S1待机状态后非常有用，因为系统进入S1待机状态后CPU的负荷会降到最低，此时CPU温度也会随之降低(通常只有20℃ 左右)，只靠散热片即可有效地将CPU产生的热量排出，不需要散热风扇。所以建议大家将这一项的值设置在16～20℃之间即可。

cpu风扇转速调节步骤4：对于CPU Fan Full Speed(℃)选项的值，建议将其设置在60～64℃范围内(不能再高)，因为大多数的CPU最高正常工作温度值在75℃左右，如果CPU在超过或非常接近这个极限值的状况下长期工作，就会造成CPU不可恢复性的损坏。 cpu风扇转速调节步骤5：在调整Start PWM Value时，要多做几次尝试，因为不同CPU风扇的转速与PWM值的比值各不相同。但建议将CPU风扇的起始转速调整到1100rpm以上(一些品牌的主板在CPU风扇转速低于2000rpm时会发出零转速报警或自动关机，这时我们可以将CPU风扇转速报警功能关闭)，其PWM 值的大致范围是15～35 之间。 cpu风扇转速调节步骤6：Slope PWM的步进大小通常应设置在16 PWM Value/℃以下，否则CPU温度刚升高几摄氏度，你的CPU风扇就“声如洪钟”了。 以上是BIOS来控制CPU风扇智能调节功能具体步骤，另外，本人所介绍的是最新系列的CPU风扇，老款并不适用。

教你玩转CPU——控制CPU占用率曲线

教你玩转CPU----随心所欲控制CPU占用率曲线走向 我想大家都知道电脑的任务管理器里面有个CPU占用率曲线吧，他根据系统使用资源的不同实时显示，那能不能使这个曲线按照自己的思想显示呢，如使他一直保持一个固定的值，如50%，或者正弦曲线，听起来好像很难，但如果是让你用C、C++或java等语言写一个最简短的程序，你会不会觉得更难呢，不错，这曾经是微软亚洲研究院(Microsoft Research Asia，MSRA)的一道面试题，据说这道题就淘汰了当批接受面试的85%的人，他的原题如下： 1、CPU的占用率固定为50%，为一条直线； 2、CPU的占用率为一条直线，但是具体占用率由命令行参数决定（参数范围1~100）； 3、CPU的占用率状态是一个正弦曲线。 看来这并不是不可能完成的任务。然我们仔细回想一下写程序时曾经碰到的问题，如果我们不小心写了一个死循环，CPU占用率就会跳到最高，并且一直保持100%。我们也可以打开任务管理器，实际观测一下它是怎样变动的。凭肉眼观察，它大约是每一秒钟更新一次。一般情况下，CPU的占用率很低。但是当用户运行一个程序时，执行一些复杂的操作时，CPU 的使用率会急剧增加。当用户鼠标晃动时，CPU的使用率也会有小幅度的变化。 那么当任务管理器报告CPU的使用率为0的时候，谁在使用CPU呢？通过任务管理器的“进程（Process）”一栏可以看到，System Idle Process占用了CPU空闲的时间----这时候大家该回忆起在“操作系统原理”这门课上学到的一些知识了吧。系统中有那么多的进程，他们什么时候能“闲下来”呢？答案很简单，这些程序在等待用户的输入，或者在等待某些事件的发生，或者主动进入休眠状态。 在任务管理器的一个刷新周期内，CPU忙（执行应用程序）的时间和刷新周期总时间的比率，就是CPU的占用率，也就是说，任务管理器显示的是每个刷新周期内CPU占用率的统计平均值。因此，我们写了一个程序，让他在任务管理器的刷新期内一会儿忙，一会儿闲，然后通过调节忙\闲比例，就可以控制任务管理器中显示的CPU占用率。 要操纵CPU的使用率曲线，就需要使CPU在一段时间内（更具Task Manager的采样率）跑busy和idle两个不同的循环（loop），从而通过不同的时间比例，来调节CPU使用率。 busy loop可以通过执行空循环来实现，idle可以通过Sleep()实现。 问题的关键在于如何控制两个loop时间，我们先实验一下Sleep一段时间，然后循环n 次，估算n的值。 那么对于一个空循环 for(i=0;i