CPU到底是怎么工作的?

  • 2017-11-09
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传统上,CPU由控制器运算器这两个主要部件组成。但随着集成电路技术的不断发展和进步,新型CPU集成了一些原先置于CPU之外的分立功能部件,如浮点处理器、高速缓存(Cache)等,在大大提高CPU性能指标的同时,也使得CPU的内部组成日益复杂化。

控制器是整个计算机系统的指挥中心。在控制器的指挥控制下,运算器、存储器和输入/输出设备等部件协同工作,构成了一台完整的通用计算机。控制器通常由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、时序发生器操作控制器组成。

程序计数器(PC):用来指出下一条指令在主存储器中的单元地址。

指令寄存器(IR):用来保存当前正在执行的一条指令。

指令译码器(ID):将存储在指令寄存器或微程序指令中的比特转换为能控制CPU其他部分的控制信号。

时序发生器:对操作控制器产生的各种控制信号实施时间上的严格控制,产生各功能部件所需要的定时控制信号。

操作控制器:负责指令的读出、识别和解释,并指挥协调各功能部件执行指令。

运算器是计算机中用于实现数据加工处理等功能的部件,它接受控制器的命令,负责完成对操作数据的加工处理任务,核心部件是算术逻辑单元(ALU)。 运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器(AC)、数据寄存器(DR)和程序状态字寄存器(PSW)组成。

算术逻辑单元(ALU):进行二进制的算术运算。

累加寄存器(AC):当运算器的算术逻辑单元(ALU)执行算术或逻辑运算时,为ALU提供一个工作区,可以为ALU暂时保存一个操作数或运算结果。

数据寄存器(DR):为CPU和主存、外设之间信息传输的中转站,用以弥补CPU和主存、外设之间操作速度上的差异。

程序状态字寄存器(PSW):记录当前运算的状态及程序的工作方式,以及中断和系统工作状态等信息,以便CPU和系统及时了解机器运行状态和程序运行状态。

*文字部分整理自网络

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