梁子俊 百科知识 中央处理器(计算机CPU基本结构)

中央处理器(计算机CPU基本结构)

CPU的功能`

中央处理器由运算器和控制器组成,其中控制器的功能是负责协调并控制计算机各部件执行程序的指令序列,包括取指令、分析指令、执行指令。运算器的功能是对数据进行加工

单片机的大脑核心——CPU(中央处理器)

CPU的基本结构

运算器是计算机对数据进行处理加工的中心。它主要由算术逻辑单元、暂存寄存器、累加寄存器、通用寄存器组程序状态字寄存器、移位器、计数器组成的

控制器是整个系统的指挥中枢,在控制器的控制下是运算器、存储器和输入输出设备等功能元件构成一个有机的整体,根据职位的要求指挥全机协调工作。控制器的基本功能是执行指令,每条指令的执行是由控制器发出的一组微操作实现的

控制器的工作原理是根据指令操作码只给你的执行步骤和条件信号来形成的当前计算机各部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统在这些控制信号的控制下协同运行,产生预期的执行效果.

指令的执行过程

什么是指令,什么是指令系统?为什么要引入指令系统?

指令就是要计算机执行某种操作的命令。一台计算机中所有机器指令的集合,称为这台计算机的指令系统。引入指令系统后,避免了用户与二进制代码直接接触,使得用户编写程序更为方便。另外,指令系统是表征一台计算机性能的重要因素,它的格式与功能,不仅影响到机器的硬件结构,而且也直接影响到系统软件,影响到机器的适用范围

一般来说,指令分为哪些部分?每部分有什么用处?

一条指令通常包括操作码字段和地址码字段两部分。其中操作码指出指令中该指令应该执行什么性质的操作和具有何种功能,它是识别指令、了解指令功能与区分操作数、地址的内容组成和使用方法等的关键信息。地址码用于给出被操作的信息指令或者是数据的地址,包括参加运算的一个或多个操作数、所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址、被调用子程序的入口地址等.

相关概念

指令周期:Cpu从主存中取出并执行一条指令所需的全部时间

机器周期:是在同步控制的机器中,执行指令周期中的执行指令周期一步相对完整的操作所需的时间

时钟周期:是指计算机主时钟的周期时间,它是计算机运行时最基本的时序单位,对应完成一个微操作所需的时间。通常时钟周期=计算机主频的倒数

微指令:控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令称为微命令,而一组实现一定操作功能的微命令的组合构成一条微指令,许多条微指令构成的序列构成微程序.

指令流水线:是把指令分解成若干子过程,通过将每个子过程与其他此过程并行执行来提高计算机的吞吐率的技术

单指令周期:对所有的指令都选用相同的执行时间来完成

多指令周期:对不同类的指令选用不同的执行步骤来完成

流水线方案:指令之间可以并行执行的方案

内部总线:Cpu内部的公共通路,多个部件共享,可以存在一条或多条

专用通路:根据指令执行过程中的数据和地址的流动方向安排连接线路

数据流:是根据指令要求依次访问的数据序列

时钟周期:在一个机器周期内要完成若干个微操作,因而需要分为若干个时间段,称为节拍

指令周期常用若干机器周期来表示,一个机器周期又包含若干时钟周期。每个指令周期内的机器周期数可以不等,每个机器周期内的节拍数也可以不等

一个完整的指令周期应包括取值、间址、执行和中断四个周期。这四个工作周期都有cpu访存操作,只是访存的目的不同,取值周期是为了取指令。间址周期是为了取有效地址,执行周期是为了取操作数,中断周期是为了保存程序断点.

专有名词及缩写

地址寄存器MAR

数据寄存器MDR

算术逻辑单元ALU

累加器ACC

乘商寄存器MQ

操作数寄存器X

变址寄存器IX

基址寄存器BR

程序状态寄存器PSW

程序计数器PC

指令寄存器IR

控制单元CU

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