計算機原理 6.1 CPU的組成和功能


1、CPU概述

馮諾依曼計算機

主要功能部件是:運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備

這五大功能部件通過數據總線相互連接並進行數據交互

馮諾依曼計算機最主要的工作原理就是  存儲程序和程序控制

cpu的主要功能就是完成  取指令和執行指令的功能,由cpu的運算器和控制器來承擔。

cpu經過漫長的歷史,不同時期不同廠家的產品有很大不同,主要差異體現在指令集體系結構、數據通路、以及對應cpu控制器的實現方式。

cpu的設計沒有絕對的對與錯,只有不同設計在性能和成本上的折中與權衡。

 

 

 

2、cpu基本組成

cpu主要由運算器和控制器組成

運算器負責數據加工

控制器負責程序執行/指令執行,保證程序/指令執行的正確的順序。

運算器包括算術邏輯運算單元,以及通用寄存器

通用寄存器用來暫存運算器所需要的操作數以及運算器運算的結果

 

控制器主要用來取指令,執行指令,

 

 

 

以PC為地址訪問主存,在主存中得到對應指令后,經過數據總線傳送到指令寄存器IR中,當前指令在指令譯碼器作用下產生指令對應的譯碼信號,並且在相應的時序產生器的作用下,對最終產生的信號進行時序上的調制,由操作控制器產生各功能部件所需要的操作控制信號序列,這是控制器的最主要的功能。對應的這些控制信號最終會生成相應的數據通路,進而實現指令的對應的功能。

在控制器內部,還有相應的中斷邏輯,中斷邏輯為控制器提供異常處理的功能,能夠為外設進行中斷的交互邏輯

 

 

 

 

3、CPU主要功能

cpu主要功能:取指令並執行指令的部件

 

運算器功能:

數據加工:算術/邏輯運算

 

控制器功能:

程序控制:程序中指令執行順序控制

操作控制:將機器指令翻譯成執行部件所需的操作控制信號

時序控制:控制操作信號的產生時間、持續時間

異常控制:異常處理,外設交互

 

4、主要寄存器

PC(Program  Counter)----------程序計數器

IR(Instruction  Register)--------指令寄存器

AR(Address Register)-----------地址寄存器

DR(Data  Register)----------------數據緩沖寄存器

AC(Accumulate  Count)--------累加寄存器

PSW(Program  Status Word )--------程序狀態字

 

5、操作控制器

取指令,將機器指令譯碼並生成執行部件控制信號序列,建立正確的數據通路,從而完成指令的正確執行

按照實現機理可以分為兩大類:

1、硬布線控制器(時序邏輯型)(硬件實現)

2、微程序控制器(存儲程序型)(軟件實現)

 


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