CPU（Central Processing Unit）是計算機中進行算術和邏輯計算處理指令的主要部件.
CPU結構
CPU由通用寄存器組,運算器,控制器和數據通路等部件組成.
寄存器包括
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數據寄存器: AX，BX，CX，DX;
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指針與變址寄存器:SP, BP, SI,DI
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棧寄存器: CS,DS,SS,ES
詳情參見寄存器與尋址方式的介紹
運算器主要是指算術邏輯單元(arithmetic and logic unit, ALU).
上圖所示的CPU采用單總線結構, ALU通過兩個暫存器T,S與總線相連.
控制器的主要組成部分是微命令形成電路, 以及3個控制寄存器和時序邏輯部件.
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程序狀態字(Program Status Word,PSW): 存放結果狀態和標志
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程序計數器(Program Counter,PC): 記錄下一條指令的內存地址
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指令寄存器(Instruction Register,IR): 寄存正在執行的指令
為了與系統總線交互設置單向地址寄存器AR和雙向數據寄存器DR.
CPU為了IO等功能還設置了外部中斷INT,直接內存訪問(Direct Memory Access,DMA)等部件.
現代CPU通常還集成了高速緩存(Cache)和流水線等組件.
CPU時鍾
時鍾周期由時鍾部件提供,是CPU中原子計時單位.
一般把CPU對內存的一次訪問當作一個機器周期.
CPU執行一條指令的時間為一個指令周期,不同指令的指令周期不一樣.
指令執行過程
機器指令: 是CPU能直接識別並執行的指令,為二進制編碼的形式, 匯編指令是二進制機器指令的助記符.
微指令: 在微程序控制的計算機中，微指令是同時發出的控制信號的組合.
一次能定義並執行多個並行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令.水平型微指令的一般格式為:
控制字段 判別測試字段 下地址字段
垂直型微指令的結構類似於機器指令的結構.它有操作碼，在一條微指令中只有l-2個微操作命令，每條微指令的功能簡單.
微操作是CPU的原子操作,以一個寄存器的數據讀寫操作為標志.
每一個微操作是控制器向相應部件發送控制信號(微命令)而觸發的.
一般在微操作的層面上研究指令的執行過程.
一般機器指令執行過程分為取指令(Fetch Instruction), 取數據(Fetch Data), 執行(Execute)等操作
FIC微操作
PC->AR
AR->MainMemory
Read ;將Memory中的數據傳到系統總線上
PC+1
M->DataBus
DastaBus->DR
DR->IR
FDC微操作
在進行取操作數之前先進行譯碼操作,首先根據16位指令編碼的形式分析指令類型:
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雙操作數指令: 0000 xxxx
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單操作數指令: 0000 1110 xxxx
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轉移指令: 0000 1111 xxxx
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無操作數指令: 0000 1111 1111 xxxx
EXEC微操作
轉移指令執行過程
PC->ALU
ADD PC Disp->T
T->PC
INC指令:
ALU: S+1->T
BX->MainMemory
T->DB
Write ;結果寫入內存
微程序控制器與硬布線控制器
微程序控制器
微程序控制器設計簡單,規范化;功能可編程,成本低,錯誤少但是速度較慢.
硬布線控制器
硬布線控制器用與或邏輯陣列將微指令轉換為控制信號,設計復雜,無法編程修改功能但是速度較快.