计算机硬件——中央处理单元(CPU)

本文详细介绍了计算机组成结构中的核心组件——中央处理器(CPU),包括其功能(如程序控制、数据处理、中断处理)、组成(运算器、控制器和寄存器组),以及内总线的作用。还提到了程序员如何通过汇编语言操作寄存器。

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计算机组成结构(Computer Architecture)源于冯·诺伊曼计算机结构,该结构成为现代计算机系统发展的基础。将计算机硬件划分为5个部分:处理器、存储器、总线、接口外部设备

1. 处理器(Central Proccessing Unit,CPU)

1.1 CPU的功能

  • 程序控制
    CPU通过执行指令来控制程序的执行顺序,这是CPU的重要功能。
  • 操作控制
    一条指令功能的实现需要若干操作信号配合来完成,CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号送往对应的部件,控制相应的部件按指令的功能要求进行操作。
  • 时间控制
    CPU对各种操作进行时间上的控制,即指令执行过程中操作信号的出现时间、持续时间及出现的时间顺序都需要进行严格控制。
  • 数据处理
    CPU通过对数据进行算术运算及逻辑运算等方式进行加工处理,数据加工处理的结果被人们所利用。所以,对数据的加工处理也是CPU最根本的任务。

此外,CPU还需要对系统内部和外部的中断或异常做出响应,进行相应的处理。

1.2 CPU的组成

  • 运算器
    执行所有的算术运算,比如加减乘除等;执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试,如与或非比较等。概括:数据加工、算数运算、逻辑运算。
单元缩写功能
算术逻辑单元ALU实现对数据的算术和逻辑运算
累加寄存器 (考点)AC运算结果或源操作数的存放区
数据缓冲寄存器DR暂时存放内存的指令或数据
状态条件寄存器PSW保存指令运行结果的条件码内容,如溢出标志等
  • 控制器
    控制整个CPU的工作,最为重要。概括:保证指令执行、处理异常事件。
单元缩写功能
指令寄存器IR暂存CPU执行指令
程序计数器 (考点)PC存放指令执行地址
地址寄存器AR保存当前CPU所访问的内存地址
指令译码器ID分析指令操作码
  • 寄存器组
    保存程序的中间结果。
  • 内总线
    用于各类芯片内部互连,传输地址和数据,也可称为片上总线(On-Chip Bus)或片内总线。

注意,程序员可以通过汇编语言对寄存器进行操作。

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