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组成cpu的元器件包括哪些

原创2022-07-19 16:34:08818 关注公众号:每天精选资源文章推送

组成cpu的元器件包括“运算器”和“控制器”。cpu(中央处理器)主要包括两个部分:1、运算器,是指计算机中进行各种算术和逻辑运算操作的部件, 其中算术逻辑单元是中央处理核心的部分;2、控制器,是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动与反向的主令装置。

本教程操作环境:windows7系统、Dell G3电脑。

组成cpu的元器件包括“运算器”和“控制器”。

中央处理器(central processing unit,简称CPU)作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU自产生以来,在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。

中央处理器(CPU),是电子计算机的主要设备之一,电脑中的核心配件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU是计算机中负责读取指令,对指令译码并执行指令的核心部件。中央处理器主要包括两个部分,即控制器、运算器,其对提高计算机的整体功能起着重要作用,能够实现寄存控制、逻辑运算、信号收发等多项功能的扩散,为提升计算机的性能奠定良好基础。

运算器

运算器是指计算机中进行各种算术和逻辑运算操作的部件, 其中算术逻辑单元是中央处理核心的部分。

(1)算术逻辑单元(ALU)。算术逻辑单元是指能实现多组 算术运算与逻辑运算的组合逻辑电路,其是中央处理中的重要组成部分。算术逻辑单元的运算主要是进行二位元算术运算,如加法、减法、乘法。在运算过程中,算术逻辑单元主要是以计算机指令集中执行算术与逻辑操作,通常来说,ALU能够发挥直接读入读出的作用,具体体现在处理器控制器、内存及输入输出设备等方面,输入输出是建立在总线的基础上实施。输入指令包含一 个指令字,其中包括操作码、格式码等。

(2)中间寄存器(IR)。其长度为 128 位,其通过操作数来决定实际长度。IR 在“进栈并取数”指令中发挥重要作用,在执行该指令过程中,将ACC的内容发送于IR,之后将操作数取到ACC,后将IR内容进栈。

(3)运算累加器(ACC)。当前的寄存器一般都是单累加器,其长度为128位。对于ACC来说,可以将它看成可变长的累加器。在叙述指令过程中,ACC长度的表示一般都是将ACS的值作为依据,而ACS长度与 ACC 长度有着直接联系,ACS长度的加倍或减半也可以看作ACC长度加倍或减半。

(4)描述字寄存器(DR)。其主要应用于存放与修改描述字中。DR的长度为64位,为了简化数据结构处理,使用描述字发挥重要作用。 [2]

(5)B寄存器。其在指令的修改中发挥重要作用,B 寄存器长度为32位,在修改地址过程中能保存地址修改量,主存地址只能用描述字进行修改。指向数组中的第一个元素就是描述字, 因此,访问数组中的其它元素应当需要用修改量。对于数组成来说,其是由大小一样的数据或者大小相同的元素组成的,且连续存储,常见的访问方式为向量描述字,因为向量描述字中的地址为字节地址,所以,在进行换算过程中,首先应当进行基本地址 的相加。对于换算工作来说,主要是由硬件自动实现,在这个过程中尤其要注意对齐,以免越出数组界限。

控制器

控制器是计算机的神经中枢,指挥全机中各个部件自动协调工作。在控制器的控制下,计算机能够自动按照程序设定的步骤进行一系列操作,以完成特定任务。

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动与反向的主令装置。控制器由程序状态寄存器PSR,系统状态寄存器SSR, 程序计数器PC,指令寄存器等组成,其作为“决策机构”,主要任务就是发布命令,发挥着整个计算机系统操作的协调与指挥作用。 控制的分类主要包括两种,分别为组合逻辑控制器、微程序控制器,两个部分都有各自的优点与不足。其中组合逻辑控制器结构相对较复杂,但优点是速度较快;微程序控制器设计的结构简单,但在修改一条机器指令功能中,需对微程序的全部重编。

控制器内部的主要部件如下:

  • ①指令寄存器:存放由存储器取得的指令。

  • ②译码器:将指令中的操作码翻译成控制信号。

  • ③时序节拍发生器:产生时序脉冲节拍信号,使计算机有节奏、有次序地工作。

  • ④操作控制部件:将控制信号组合起来,控制各个部件完成相应的操作。

  • ⑤指令计数器:计算并指出下一条指令的地址。

扩展知识:CPU的工作原理

冯诺依曼体系结构是现代计算机的基础。在该体系结构下,程序和数据统一存储,指令和数据需要从同一存储空间存取,经由同一总线传输,无法重叠执行。根据冯诺依曼体系,CPU的工作分为以下 5 个阶段:取指令阶段、指令译码阶段、执行指令阶段、访存取数和结果写回。

  • 取指令(IF,instruction fetch),即将一条指令从主存储器中取到指令寄存器的过程。程序计数器中的数值,用来指示当前指令在主存中的位置。当 一条指令被取出后,程序计数器(PC)中的数值将根据指令字长度自动递增。

  • 指令译码阶段(ID,instruction decode),取出指令后,指令译码器按照预定的指令格式,对取回的指令进行拆分和解释,识别区分出不同的指令类 别以及各种获取操作数的方法。现代CISC处理器会将拆分已提高并行率和效率。

  • 执行指令阶段(EX,execute),具体实现指令的功能。CPU的不同部分被连接起来,以执行所需的操作。

  • 访存取数阶段(MEM,memory),根据指令需要访问主存、读取操作数,CPU得到操作数在主存中的地址,并从主存中读取该操作数用于运算。部分指令不需要访问主存,则可以跳过该阶段。

  • 结果写回阶段(WB,write back),作为最后一个阶段,结果写回阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式。结果数据一般会被写到CPU的内部寄存器中,以便被后续的指令快速地存取;许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态,这些标志位标识着不同的操作结果,可被用来影响程序的动作。

在指令执行完毕、结果数据写回之后,若无意外事件(如结果溢出等)发生,计算机就从程序计数器中取得下一条指令地址,开始新一轮的循环,下一个指令周期将顺序取出下一条指令。 许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码,并且同时执行。

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