“21天好习惯”第一期-3

计算机组成原理

CPU概述

CPU的主要功能部件有：运算部件，缓存部件，寄存器组（堆），控制部件，时序系统，数据/空制通路。

1，运算部件

（1），输入逻辑

  操作数既可以来自各种寄存器，也可以来自CPU内部的数据线。每次运算最多只能对两个数据进行操作，所以运算部件设置了两个输入逻辑，它们可以是选择器或者暂存器，两者的主要作用分别选择两个操作数，以便进行后续运算。

（2），算术逻辑运算单元（ALU）

  ALU是运算部件的核心，完成具体的运算操作。

（3），输出逻辑

  运算结果可以直接送往接收部件，也可以经左移或右移后再送往接收部件，所以输出逻辑往往具有移位功能，常采用移位门，通过移位传送实现左移，右移或者字节交换等操作。

  运算部件直接影响计算机的运算功能，通常有4种典型的ALU设置方式。

 只设置一个ALU;设置一个ALU，并配合时序控制；设置一个ALU，并将定点乘除部件和浮点部件作为基本配置；设置多个运算部件。

2，缓存部件

  在运行过程中，CPU需要不断从主存中读取指令和数据，并将运算结果写回到主存。为了提高CPU的访存效率，通常会在CPU内部集成多级缓存部件。

3，寄存器组（堆）

  计算机在工作时，CPU需要处理大量的控制信息和数据信息，CPU内部需要设置若干寄存器来暂存这些信息。根据功能和存储信息的差异，这些寄存器可以分为如下8种：

  通用寄存器组；暂存器；指令寄存器；程序计数器；程序状态字寄存器；地址寄存器；数据缓存寄存器；堆栈指针寄存器。

4，控制部件

  控制部件的主要功能是对指令进行译码，并且根据时序信号和外不输入的状态信号，产生指令执行过程中每个时钟周期所需要的控制信号。

5，时序系统

  一条指令在执行过程中，只有根据不同的周期，节拍等时间信号，才能在恰当的时间发出正确的微命令，控制执行部件完成相应的指令功能。

6，数据通路和控制通路

（1），单路内部总线，分立寄存器结构

（2），单路内部总线，集成寄存器结构

（3），多路总线结构