CPU的组成与功能

一、CPU概述

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

(1) 主要功能

• 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

（2）一次完整的取指令、执行指令的步骤如下：

1. 根据程序计数器中地址通过地址总线访问主存，找到对应地址指令

2. 将指令通过数据总线送到指令寄存器IR中

3. 由指令译码器产生指令对应的译码信号，再由时序产生器对信号进行时间上的调制

4. 操作控制器产生各功能部件所需要的操作控制信号序列

5. 这些控制信号最终会实现相应的数据通路，实现指令对应的功能

6. 中断逻辑提供异常处理功能

二、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

• 负责程序执行/指令执行，保证程序/指令执行的正确的顺序

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

• 取指令

  • Mem[PC++] --> IR

• 执行指令

  • 指令字→控制信号序列
  • 信号序列→数据通路

• 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

三、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

四、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

五、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）