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  • 计算机原理 6.1 CPU的组成和功能

    1、CPU概述

    冯诺依曼计算机

    主要功能部件是:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

    这五大功能部件通过数据总线相互连接并进行数据交互

    冯诺依曼计算机最主要的工作原理就是  存储程序和程序控制

    cpu的主要功能就是完成  取指令和执行指令的功能,由cpu的运算器和控制器来承担。

    cpu经过漫长的历史,不同时期不同厂家的产品有很大不同,主要差异体现在指令集体系结构、数据通路、以及对应cpu控制器的实现方式。

    cpu的设计没有绝对的对与错,只有不同设计在性能和成本上的折中与权衡。

    2、cpu基本组成

    cpu主要由运算器和控制器组成

    运算器负责数据加工

    控制器负责程序执行/指令执行,保证程序/指令执行的正确的顺序。

    运算器包括算术逻辑运算单元,以及通用寄存器

    通用寄存器用来暂存运算器所需要的操作数以及运算器运算的结果

    控制器主要用来取指令,执行指令,

     

    以PC为地址访问主存,在主存中得到对应指令后,经过数据总线传送到指令寄存器IR中,当前指令在指令译码器作用下产生指令对应的译码信号,并且在相应的时序产生器的作用下,对最终产生的信号进行时序上的调制,由操作控制器产生各功能部件所需要的操作控制信号序列,这是控制器的最主要的功能。对应的这些控制信号最终会生成相应的数据通路,进而实现指令的对应的功能。

    在控制器内部,还有相应的中断逻辑,中断逻辑为控制器提供异常处理的功能,能够为外设进行中断的交互逻辑

     

    3、CPU主要功能

    cpu主要功能:取指令并执行指令的部件

    运算器功能:

    数据加工:算术/逻辑运算

    控制器功能:

    程序控制:程序中指令执行顺序控制

    操作控制:将机器指令翻译成执行部件所需的操作控制信号

    时序控制:控制操作信号的产生时间、持续时间

    异常控制:异常处理,外设交互

    4、主要寄存器

    PC(Program  Counter)----------程序计数器

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

    AR(Address Register)-----------地址寄存器

    DR(Data  Register)----------------数据缓冲寄存器

    AC(Accumulate  Count)--------累加寄存器

    PSW(Program  Status Word )--------程序状态字

    5、操作控制器

    取指令,将机器指令译码并生成执行部件控制信号序列,建立正确的数据通路,从而完成指令的正确执行

    按照实现机理可以分为两大类:

    1、硬布线控制器(时序逻辑型)(硬件实现)

    2、微程序控制器(存储程序型)(软件实现)

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