CPU的結構與組成

2021-10-09 08:08:00 字數 2129 閱讀 3942

cpu主要包括控制器、運算器、暫存器組和內部匯流排構成。

暫存器:可用來暫存指令、資料等處理物件,可以將其看做是記憶體的一種。根據種類的不同,乙個cpu內部會有20~100個暫存器。

下圖的中斷系統可以包含在cu內。

匯流排是一組可為多個功能部件共享的公共資訊傳送線路。為保證匯流排上資訊不至於衝突,共享匯流排的各個部件必須分時使用匯流排傳送資訊,以保證匯流排上資訊每時每刻都是唯一的,但是匯流排上的各部件可同時接受匯流排上的資訊。

控制器也稱為控制單元control unit

控制器是cpu的組成部分,主要任務是根據事先編好並存放在儲存器中的程式,有序地讀入指令,根據不同的指令,不同的狀態條件,在不同的時間產生不同的訊號,控制計算機各部位有條不紊地、自動協調地進行工作。也即控制器是按照取指令、分析指令(形成操作碼和位址碼)、執行指令的基本步驟控制程式的執行。

主要的功能包括:

1.控制指令的正確執行;

2.控制程式和資料的輸入及結果的輸出;

3.控制對異常情況和特殊情況的處理。

具體可檢視

cu的基本組成:

1.指令部件:

(1)程式計數器pc

program counter簡稱pc,用來儲存從記憶體提取的下一條指令的位址。

(2)指令暫存器ir

instruction register簡稱ir,用於暫存當前正在執行的指令。

(3)指令解碼器id

instruction decoder簡稱id。計算機能且只能執行「指令」。指令由操作碼和位址碼組成。操作碼表示要執行的操作性質,即執行什麼操作或做什麼;位址碼是操作碼執行時的操作物件的位址。指令的操作碼被送到指令解碼器中解碼,操作控制器根據指令解碼器對於指令的解碼,產生出實現指令功能所需要的全部動作的控制訊號。

(4)位址形成部件:位址形成部件根據指令特徵將位址碼形成有效位址ea,送外主存的位址暫存器。

2.時序控制部件

用於產生一系列的時序訊號,為各種微操作定時以保證微操作執行的順序。

3.操作部件

操作控制器:用於根據指令部件提供的輸入控制訊號、時序部件提供的各種時序訊號及有關狀態條件,產生機器所需要的各種微操作控制訊號。

4.中斷控制邏輯

用於實現對各種異常情況和特殊請求的處理。

5.程式狀態暫存器psr

程式狀態暫存器用以存放程式的工作狀態(如管態、目態等)和指令執行的結果特徵(如alu運算的結果為零、負、結果溢位等),把它所存放的內容稱為程式狀態字(psw)。psw表明了系統的基本狀態,是控制程式執行的重要依據。不同的機器其psw的格式及內容並不相同。

運算器:arithmetic unit,計算機中執行各種算術和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算,與、或、非、異或等邏輯運算,以及位移、比較和傳達等操作,亦稱為算術邏輯部件alu。

累加暫存器acc

乘商暫存器mq

操作符暫存器x

狀態字暫存器psw

資料從記憶體到cpu的過程:

pc(程式計數器)–>mar(位址暫存器)–>m–>mdr(資料暫存器)—>ir

位址暫存器mar和資料暫存器mdr用作主存介面的暫存器。mar用以存放所要訪問的主存單元的位址。它可以接收來自pc的指令位址,或接受來自位址形成部件的運算元位址。資料暫存器mdr用來存放想主存寫入的資訊或從主存中讀出的資訊。

通用暫存器是一組程式可訪問的、具有多種功能的暫存器。在指令系統中為這些暫存器分配了編號(活成暫存器的位址),可以程式設計指定暫存器,它們自身的邏輯往往比較簡單且統

一、甚至是快速的小規模儲存器的一些單元,但通過程式設計,與元算器配合,可指定其實現多種功能,如提供運算元、儲存中間結果(即做累加器),或用作指標位址,或作為基址暫存器、變址暫存器、計數器等,因而被稱為通用暫存器。

除了上述提到的暫存器外,cpu中還常設定一些程式不能直接訪問、用於暫存運算元據或中間結果的暫存器,稱為暫存器。

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