中央处理器(CPU,Central Processing Unit)是一块超大规模的积体电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软体中的数据。中央处理器执行时间有两种解释,1、CPU运行单个程式或进程的时间;2、整个计算机系统中CPU的运行时间。
基本介绍
- 中文名:中央处理器执行时间
- 外文名:central processing unit execution time
- 学科:计算机
- 定义:程式或进程占用CPU的时间
- 有关术语:中央处理器
- 领域:计算机系统
简介
中央处理器执行时间有两种解释,1、CPU运行单个程式或进程的时间;2、整个计算机系统中CPU的运行时间。在计算机系统中,中央处理器执行时间越长,CPU的利用率越高;系统的吞吐量不一定变高,这主要与作业的类型有关,长作业(例如,I/O型作业)占用中央处理器的时间较长,短作业占用中央处理器的时间较短。如果运行是长作业,系统吞吐量可能会变小;短作业则相反。
中央处理器主要功能
处理指令
英文Processing instructions;这是指控制程式中指令的执行顺序。程式中的各指令之间是有严格顺序的,必须严格按程式规定的顺序执行,才能保证计算机系统工作的正确性。
操作控制
一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的,因此,CPU管理并产生由记忆体取出的每条指令的操作信号,把各种操作信号送往相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行操作。
时间控制
对各种操作实施时间上的控制,称为时间控制。因为在计算机中,各种指令的操作信号均受时间的严格控制。另一方面,一条指令的整个执行过程也受到时间的严格控制。只有这样,计算机才能有条不紊地自动工作。
处理数据
即对数据进行算术运算和逻辑运算,或进行其他的信息处理。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软体中的数据, 并执行指令。在微型计算机中又称微处理器,计算机的所有操作都受CPU控制,CPU的性能指标直接决定了微机系统的性能指标。CPU具有以下4个方面的基本功能:数据通信,资源共享,分散式处理,提供系统可靠性。运作原理可基本分为四个阶段:提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。
增加中央处理器执行时间的方法
CPU是计算机中最宝贵的资源之一,但CPU的运行速度与I/O设备运行速度不匹配。增加中央处理器执行时间一般可以从硬体和软体角度考虑,硬体方面,为了减少CPU对I/O的控制,常见的方式有I/O通道方式和DMA方式。软体方面常见的有多道程式方式。
I/O通道
I/O通道(I/O Channel)设备的引入实际上,I/O通道是一种特殊的处理机。它具有执行I/O指令的能力,并通过执行通道(I/O)程式来控制I/O操作。但I/O通道又与一般的处理机不同,主要表现在以下两个方面:一是其指令类型单一,这是由于通道硬体比较简单,其所能执行的命令,主要局限于与I/O操作有关的指令;再就是通道没有自己的记忆体,通道所执行的通道程式是放在主机的记忆体中的,换言之,是通道与CPU共享记忆体。
DMA
直接存储器存取是一种高速数据传输的方法,数据可以从一个通道,不经过CPU的处理就直接在存储器或输入输出设备之间进行传输。
一个设备接口试图通过汇流排直接向另一个设备传送数据(一般是大批量的数据),它会先向CPU传送DMA请求信号。外设通过DMA的一种专门接口电路――DMA控制器(DMAC),向CPU提出接管汇流排控制权的汇流排请求,CPU收到该信号后,在当前的汇流排周期结束后,会按DMA信号的优先权和提出DMA请求的先后顺序回响DMA信号。CPU对某个设备接口回响DMA请求时,会让出汇流排控制权。于是在DMA控制器的管理下,外设和存储器直接进行数据交换,而不需CPU干预。数据传送完毕后,设备接口会向CPU传送DMA结束信号,交还汇流排控制权。
实现DMA传送的基本操作如下:
(1)外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求:
(2)CPU回响DMA请求,系统转变为DMA工作方式,并把汇流排控制权交给DMA控制器;
(3)由DMA控制器传送存储器地址,并决定传送数据块的长度;
(4)执行DMA传送;
(5)DMA操作结束,并把汇流排控制权交还CPU。
多道程式
多道程式设计技术是在计算机记忆体中同时存放几道相互独立的程式,使它们在管理程式控制下,相互穿插运行,两个或两个以上程式在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态, 这些程式共享计算机系统资源。与之相对应的是单道程式,即在计算机记忆体中只允许一个的程式运行。
对于一个单CPU系统来说,程式同时处于运行状态只是一种巨观上的概念,他们虽然都已经开始运行,但就微观而言,任意时刻,CPU上运行的程式只有一个。