計算機組成原理 8 CPU 基本結構

2021-10-21 14:00:15 字數 1722 閱讀 1617

cpu中包括運算器和控制器。運算器是對資料進行加工,其功能為以下的4;控制器是協調並控制計算機各部件執行程式的指令序列,功能為1、2、3、5

cpu的功能:

1.指令控制:取指令、分析指令、執行指令

2.操作控制:cpu從記憶體中取出每條指令的操作訊號,把每個訊號傳送給相應的部件

3.時間控制:要為每條指令按時間順序提**有的控制訊號。

4.資料加工:算術和邏輯運算。

5.中斷處理:對計算機執行過程**現的異常情況和特殊情況請求進行處理。

1、 算術邏輯運算單元alu(arithmetic and logic unit)

alu主要完成對二進位制資料的定點算術運算(加減乘除)、邏輯運算(與或非異或)以及移位操作。在某些cpu中還有專門用於處理移位操作的移位器。

2、通用暫存器組

主要用來儲存參加運算的運算元和中間結果。

在通用暫存器的設計上,risc與cisc有著很大的不同。cisc的暫存器通常很少,主要是受了當時硬體成本所限。比如x86指令集只有8個通用暫存器。所以,cisc的cpu執行是大多數時間是在訪問儲存器中的資料,而不是暫存器中的。這就拖慢了整個系統的速度。而risc系統往往具有非常多的通用暫存器,並採用了重疊暫存器視窗和暫存器堆等技術使暫存器資源得到充分的利用。

那麼通用暫存器與alu是如何溝通的呢?

1.專用資料通路方式。

這種方式基本不存在資料衝突現象,但是結構複雜,硬體量大,不易實現

如圖:

但是如果直接用導線就會導致多個暫存器一直同時向alu傳輸資料。

可以採用多路選擇器,根據控制訊號選擇一路輸出。

也可以採用三態門,控制某一路是否輸出。

2.cpu內部匯流排方式

將所有暫存器的輸入端和輸出端都連線到一條公共的道路上,這樣結構簡單,容易實現,但資料傳輸存在較多的衝突,效能較低。

如圖:每個通用暫存器有兩個通路連線到匯流排,當

alu的兩根線連線到匯流排,為了使ab兩端的資料不同,一端使用了暫存暫存器,比如:兩個運算元分別來自主存和r0,從主存中取來的運算元直接放入暫存器,就不會劈壞r0的內容。

橙色的是使用者可見部分,我們可以對這部分進行程式設計。

cpu主要包括alu、暫存器、cu、中斷系統四個部分

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