中央處理部件能力

中央處理部件一般是指CPU和存儲器總稱或CPU、存儲器和輸入輸出部件總稱。中央處理部件控制整個計算機。中央處理部件能力一般是指中央處理部件單位時間處理完作業數量。中央處理部件能力不僅與CPU性能，還與存儲器和輸入輸出設備等性能有關。

基本介紹

• 中文名：中央處理部件能力
• 外文名：Central processing unit capability
• 學科：計算機
• 定義：單位時間處理完作業數量
• 有關因素：CPU、存儲器和輸入輸出部件
• 領域：計算機系統

簡介

中央處理部件能力一般是指中央處理部件單位時間處理完作業數量，也可以認為是系統的吞吐量，即系統吞吐量是指系統在單位時間內所處理的信息量，它以每小時或每天所處理的進程數來度量。提高中央處理部件能力主要是要讓CPU更專注於數據工作，一般通過提高存儲器和I/O設備傳輸速率，以及合理分配記憶體來實現。

中央處理部件組成

CPU

算機執行指令操作和運算操作的部件，簡稱CPU。它是計算機硬體系統的核心，控制整個計算機系統的操作。計算機系統中各種運算、存取存儲器和輸入/輸出操作都由中央處理器執行和處理。中央處理器由運算器和控制器組成。此外，通用暫存器和堆疊也是兩個常用部件。

存儲器

在主機內部存放指令和數據，由中央處理器隨機訪問的存儲器，亦稱記憶體儲器。主存儲器的每個單元都有自己的編碼地址，中央處理器按地址訪問任一單元。主存儲器是計算機的必備部分，現代計算機系統是以主存儲器為中心，通過匯流排可與中央處理器、外圍設備等交換數據。主存儲器的主要性能指標是存儲容量和存取速度。

主存儲器主要由四部分組成：①存儲單元集合體，簡稱存儲體，用於存放二進制形式的程式和數據;②地址暫存器及地址解碼器，用於存放由中央處理器送來的地址，並對它進行解碼，產生地址驅動信號;③讀寫控制電路，按地址暫存器中的內容控制給定地址單元的讀寫操作;④數據暫存器，用於存放欲寫入存儲體中的數據，或暫存從存儲體中讀出的數據。

提高主存儲器存取速度的途徑主要有兩個：①元件的更新換代。在20世紀50～60年代主要用磁芯存儲體來構成主存儲器，進入70年代逐步用半導體存儲器來取代磁芯存儲器，以提高主存的存取速度和容量，並簡化存儲器的製做工藝。②計算機體系結構的改進。採用多模組的交叉訪問技術，中央處理器可以同時從多個能並行工作的存儲模組中，取出指令和數據，從而提高並行操作程度，縮短指令和數據的平均存取時間。

輸入輸出設備

電子計算機輸入設備和輸 出設備的總稱。輸入設備是向計算 機輸入數據的裝置，如紙帶輸入機、 穿孔卡片輸入機、鍵盤輸入機、光筆 輸入機、縮微膠捲輸入機、字元閱讀 器等。輸出設備是把處理完的結果 數據從計算機輸出的裝置，如行式 印表機、顯示裝置、X—Y坐標繪 圖儀、縮微膠捲輸出機等。兼有輸 入輸出功能的裝置一般稱為 “終端 設備”。

提高中央處理部件能力方法

多級存儲體系

在一個計算機系統中，對存儲器的容量、速度和價格這三個基本性能指標都有一定的要求。存儲容量應確保各種套用的需要；存儲器速度應儘量與CPU的速度相匹配並支持I/O操作；存儲器的價格應比較合理。然而，這三者經常是互相矛盾的。例如存儲器的速度越快，則每位的價格就越高；存儲器的容量越大，則存儲器的速度就越慢。按照目前的技術水平，僅僅採用一種技術組成單一的存儲器是不可能同時滿足這些要求的。只有採用由多級存儲器組成的存儲體系，把幾種存儲技術結合起來，才能較好地解決存儲器大容量、高速度和低成本這三者之間的矛盾。

I/O 通道

I/O 通道是一種特殊的處理機，它具有執行 I/O 指令的能力，並通過執行通道(I/O)程式來控制 I/O 操作。 但 I/O 通道又與一般的處理機不同， 主要表現在以下兩個方面： 一是其指令類型單一， 這是由於通道硬體比較簡單， 其所能執行的命令主要局限於與 I/O 操作有關的指令；二是通道沒有自己的記憶體，通道所執行的通道程式是放在主機的記憶體中的，換言之，是通道與 CPU 共享記憶體。

I/O 通道方式是 DMA 方式的發展， 它可進一步減少 CPU 的干預， 即把對一個數據塊的讀(或寫)為單位的干預減少為對一組數據塊的讀(或寫)及有關的控制和管理為單位的干預。同時，又可實現 CPU、通道和 I/O 設備三者的並行操作，從而更有效地提高整個系統的資源利用率。例如，當 CPU 要完成一組相關的讀(或寫)操作及有關控制時，只需向 I/O 通道傳送一條 I/O 指令，以給出其所要執行的通道程式的首址和要訪問的 I/O 設備，通道接到該指令後，通過執行通道程式便可完成 CPU 指定的 I/O 任務。

提高傳輸速率

提高匯流排傳輸數據速率和提高存儲設備的存取速度，即從存儲器讀出數據或數據寫入存儲器所需時間。

磁碟快取

由於目前磁碟的 I/O 速度遠低於對主存的訪問速度， 因此將頻繁使用的一部分磁碟數據和信息，暫時存放在磁碟快取中，可減少訪問磁碟的次數。磁碟快取本身並不是一種實際存在的存儲介質，它依託於固定磁碟，提供對主存儲器存儲空間的擴充，即利用主存中的存儲空間， 來暫存從磁碟中讀出(或寫入)的信息。 主存也可以看做是輔存的高速快取， 因為，輔存中的數據必須複製到主存方能使用；反之，數據也必須先存在主存中，才能輸出到輔存。

高速快取

高速緩衝存儲器。快取是動態記憶體中的存儲區，在其中存儲網路 上地址關聯信息。高效使用快取意 味著在主機沒有快取項時，它們僅 需要生成發現分組或幀。主機、網 橋或路由器可以有若干快取，例 如，地址轉換協定(ARP)快取，名字快取等等。根據程式的局部性原 理，可以在主存和CPU通用暫存 器之間設定一個高速的容量相對 比較小的存儲器，把正在執行的指令地址附近的一部分指令或者數據從主存調入這個存儲器，供 CPU在一段時間內使用，這對提 高程式的運行速度有很大的幫助。 這個介於主存和CPU之間的高速小容量存儲器稱為高速緩衝存儲 器。它的工作速度數倍於主存，全 部功能由硬體實現，並且對程式設計師是透明的。Cache和主存都分成塊，每塊由多個位元組組成。Cache 數據是主存數據的副本；Cache標記指出主存的哪些塊存放在 Cache中。由主存地址的低位部分作為Cache的地址訪問Cache數 據；用主存的塊號欄位訪問Cache標記，並將取出的標記和主存地址 的標記欄位相比較，如果相等，說 明訪問的Cache數據有效，稱 Cache命中；如果不相等，說明訪問的Cache數據無效，稱Cache不 命中，或訪問失效。此時，需要訪問主存，並且將包括此數據的一塊信息裝入Cache。如果Cache已經被裝滿，則需要根據某種替換算法， 用此塊信息替換Cache中原來的 某塊信息。