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CPU的组成和功能


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视频简介

人类历史上 第一台电子计算机诞生,至今已70多年了。70年来,计算机技术的发展日新月异,计算机指令系统、数据通路、逻辑电路等实现技术,既有巨大的发展,又产生了不同系列 不同厂家间的巨大差别。但是,计算机的硬件体系结构 并没有发生根本性的变化,仍然遵循冯诺依曼计算机基本原理。

在冯诺依曼 体系结构中,计算机有五大组成部分,即,运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中,运算器、控制器和存储器称为主机;输入 输出设备属于外围设备;运算器和控制器又构成计算机的核心处理部件——中央处理器 CPU。

在CPU内部,运算器由算术逻辑运算单元 ALU, 和辅助寄存器构成,控制器的主要构成部分有程序计数器、指令译码器、时序产生器和中断逻辑单元等。

从功能上说,CPU的主要任务就是通过执行程序实现对数据的处理,这是由运算器和控制器共同完成的。

运算器的核心功能是数据加工,通过算术逻辑运算单元ALU实现算术和逻辑运算,期间借助累加器暂存计算结果,以避免频繁地访问主存。

控制器控制执行程序的执行,从微观上保证指令执行的顺序,主要控制内容包括:

1.程序控制,即控制程序中指令的执行顺序;

2.操作控制,负责将指令翻译成各执行部件实际的操作信号,操作部件如主存、寄存器、运算器等;

3.时序控制,控制操作信号的产生时间、持续时间,也就是控制操作信号的执行节奏;

4.异常控制,响应程序执行中的异常情况,或处理外设的交互请求。

CPU内部,除了通用寄存器以外,还包括一些常用的寄存器,如:

程序计数器PC,用于存储下一条即将执行的指令的地址,是所有CPU中都具有的寄存器;

还有一些可选寄存器,如:

指令寄存器IR,用于暂存当前正在执行的指令;

内存地址寄存器 AR或MAR,用于锁存访问内存的地址;

数据缓冲寄存器 DR或MDR,用于锁存从主存读出的数据;

累加寄存器AC,存在于早期的累加型计算机中,目前较少使用,主要用于存放计算的中间结果;

程序状态字PSW,用于监测运算器的运行状态,如溢出、进位等。