10、计算机基础原理详解

计算机基础原理详解

1. 程序终止

程序是如何终止的呢？每台计算机都有一个操作系统（OS）与用户程序并行运行。从概念上讲，程序的最后一条指令应将控制权交还给操作系统。在现代计算机设计中，这是通过执行中断（int）指令来实现的。执行该指令后，CPU 会将控制权从当前程序转移到内存中操作系统所在的特定位置。也就是说，程序终止后，操作系统会重新获得控制权并继续执行。

2. 执行单元（EU）

执行单元（EU）是执行操作数运算的地方。一个简单的 EU 可能由几个工作寄存器和一个加法器组成。如果将逻辑功能和移位功能集成到加法器中，就可以得到一个算术逻辑单元（ALU）。在高性能计算机中，EU 由许多硬件单元组成，如乘法、除法、移位等，采用并行逻辑。为了说明基本概念，这里主要讨论顺序操作。简单的 CPU 有一个能处理一元和二元运算的 ALU，例如加、减、乘、除、与、非、或、异或、移位等。

2.1 工作寄存器

EU 支持一组工作寄存器。每个寄存器是一组有序的触发器。每个触发器是一个一位存储设备。下面是一个简单的 D 触发器：
- 两个输入分别为 D（数据）和 Clk（时钟）。
- 两个输出分别为 Q 和 \Q，\Q 右边的圆圈表示 Q 的补码。
- 只要有时钟，该触发器的输出 Q 总是遵循 D 输入。
- Clk 信号是一个矩形电压脉冲，从 0V 上升到 3.3V 再下降。时钟输入处的圆圈表示触发器在时钟的下降沿改变状态，这意味着触发器改变状态时有一位延迟。如果时钟频率为 100Mhz，其周期为 10ns，代表 CPU 的原始速度。

需要记住两点：一是没有时钟信号作为输入，触发器无法改变状态