中央处理器-第一节 CPU的功能和组成

一、CPU的功能

  当用计算机解决某个问题时，我们首先必须为它编写程序。

  程序是一个指令序列，这个序列明确告诉计算机应该执行什么操作，在什么地方找到用来操作的数据。一旦把程序装入内存储器，就可以由计算机来自动完成取出指令和执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中央处理器，通常简称CPU。　

  CPU对整个计算机系统的核心，它具有如下四方面的基本功能：

• 指令控制  　程序的顺序控制称为指令控制。由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行。

• 操作控制      一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的。因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作

• 时间控制　对各种操作实施时间上的定时称为时间控制。在计算机中，各种指令的操作信号以及一条指令的整个执行过程都受到时间的严格定时。

• 数据加工 　数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。

  前三项功能是由控制器实现的，后一项功能由运算器实现。

二、CPU的基本组成

  CPU的基本部分由运算器、cache和控制器三大部分组成。 其主要部分由运算器和控制器组成(图5.1给出了CPU组成的模型)。 

1、控制器

  控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。它的主要功能有：

(1)从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；

(2)对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；

(3)指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。

2、运算器