计算机系统知识-cpu构造及功能

计算机的基本硬件由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备5大部件构成。

运算器和控制器一般被集成在一起统称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），cpu是硬件系统的核心，用于数据加工处理，完成各种算数运算，逻辑运算和控制功能。

 

cpu主要由运算器，控制器，寄存器组，内部总线组成。

 

1，运算器

运算器由算数逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU），累加寄存器（AC），数据缓冲寄存器（DR），状态条件寄存器（PSW）构成，完成各种算数运算和逻辑运算。

（1），AC主要为cpu的运算提供一个工作区。例如减法运算，先存放被减数到AC，然后将运算结果送回AC。运算器中至少要有一个AC。

（2），DR主要作为cpu，主存，外围设备之间数据传送的一个中转站及操作速度上的缓冲。在单累加器结构的运算器中，还可以兼做操作数寄存器。

（3），PSW保存算数指令和逻辑指令运算结果所建立的各种特征条件。主要有状态标志和控制标志。如：结果进位标志（C），结果溢出标志（V），结果为0标志（Z），结果为负标志（N），中断标志（I），方向标志（D），单步标志等。

 

2，控制器

控制器一般包括指令寄存器（IR），指令译码器（ID），程序计数器（PC），地址寄存器（AR）。主要决定程序的执行顺序，处理异常事件，产生完成指令功能的控制命令。

（1），IR保存从主存储器中取到的指令。然后由ID分析产生各种控制命令。

（2），指令由操作码和地址码构成。ID对IR中的指令的操作码进行分析解释，向操作控制器发出具体的控制信号，完成工作。

（3），在程序开始前，PC保存程序的起始地址，执行指令时，cpu自动修改PC的内容为下一条指令的地址。一般指令按顺序执行，所以修改过程就是简单的对PC加1，如果遇到转移指令，修改过程就是对PC加上一个向前或向后的位移量，或者直接修改为转移指令中给出的地址。

（4），AR保存当前CPU所访问的内存单元地址。

 

3，寄存器组

寄存器组分为专用寄存器和通用寄存器。运算器和控制器中的寄存器都是专用寄存器。通用寄存器的用途可以由程序员规定。

 

4，内部总线

总线可以分为内部总线和外部总线。内部总线是连接CPU内各模块的，外部总线用于连接CPU，存储器，I/O设备，也称系统总线。总线的特点是分时共享，不能有两个设备同时向总线上发送数据。

为了提高运算速度，计算机一般采用双系统总线结构，CPU访问存储器使用存储总线，与I/O设备通信使用I/O总线。也有以存储器为中心的方案，主存一边连接CPU，一边连接I/O设备，以满足外存储器直接存储器访问的DMA技术的需求。