CPU（Central Processing Unit）是计算机中进行算术和逻辑计算处理指令的主要部件.
CPU结构
CPU由通用寄存器组,运算器,控制器和数据通路等部件组成.
寄存器包括
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数据寄存器: AX，BX，CX，DX;
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指针与变址寄存器:SP, BP, SI,DI
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栈寄存器: CS,DS,SS,ES
详情参见寄存器与寻址方式的介绍
运算器主要是指算术逻辑单元(arithmetic and logic unit, ALU).
上图所示的CPU采用单总线结构, ALU通过两个暂存器T,S与总线相连.
控制器的主要组成部分是微命令形成电路, 以及3个控制寄存器和时序逻辑部件.
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程序状态字(Program Status Word,PSW): 存放结果状态和标志
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程序计数器(Program Counter,PC): 记录下一条指令的内存地址
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指令寄存器(Instruction Register,IR): 寄存正在执行的指令
为了与系统总线交互设置单向地址寄存器AR和双向数据寄存器DR.
CPU为了IO等功能还设置了外部中断INT,直接内存访问(Direct Memory Access,DMA)等部件.
现代CPU通常还集成了高速缓存(Cache)和流水线等组件.
CPU时钟
时钟周期由时钟部件提供,是CPU中原子计时单位.
一般把CPU对内存的一次访问当作一个机器周期.
CPU执行一条指令的时间为一个指令周期,不同指令的指令周期不一样.
指令执行过程
机器指令: 是CPU能直接识别并执行的指令,为二进制编码的形式, 汇编指令是二进制机器指令的助记符.
微指令: 在微程序控制的计算机中，微指令是同时发出的控制信号的组合.
一次能定义并执行多个并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为:
控制字段 判别测试字段 下地址字段
垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构.它有操作码，在一条微指令中只有l-2个微操作命令，每条微指令的功能简单.
微操作是CPU的原子操作,以一个寄存器的数据读写操作为标志.
每一个微操作是控制器向相应部件发送控制信号(微命令)而触发的.
一般在微操作的层面上研究指令的执行过程.
一般机器指令执行过程分为取指令(Fetch Instruction), 取数据(Fetch Data), 执行(Execute)等操作
FIC微操作
PC->AR
AR->MainMemory
Read ;将Memory中的数据传到系统总线上
PC+1
M->DataBus
DastaBus->DR
DR->IR
FDC微操作
在进行取操作数之前先进行译码操作,首先根据16位指令编码的形式分析指令类型:
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双操作数指令: 0000 xxxx
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单操作数指令: 0000 1110 xxxx
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转移指令: 0000 1111 xxxx
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无操作数指令: 0000 1111 1111 xxxx
EXEC微操作
转移指令执行过程
PC->ALU
ADD PC Disp->T
T->PC
INC指令:
ALU: S+1->T
BX->MainMemory
T->DB
Write ;结果写入内存
微程序控制器与硬布线控制器
微程序控制器
微程序控制器设计简单,规范化;功能可编程,成本低,错误少但是速度较慢.
硬布线控制器
硬布线控制器用与或逻辑阵列将微指令转换为控制信号,设计复杂,无法编程修改功能但是速度较快.