计算机体系结构

    计算机系统硬件由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。运算器，控制器统一称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）。

 cpu  的功能

    1）程序控制。cpu通过指令控制程序的执行顺序，这是CPU的重要功能。

    2）操作控制。一条指令功能的实现需要若干操作信号配合完成，cpu产生每条指令的操作信号，并将操作信号送到不同的部件，控制相应的部件按指令的功能要求进行操作。

    3）时间控制。cpu对各种操作进行时间上的控制

    4）数据处理。cpu通过对数据进行算术运算及逻辑运算等方式进行加工处理，处理的数据被人们所利用。所以数据处理是cpu的根本任务。

cpu 的组成

cpu主要由运算器，控制器，寄存器组和内部总线等部分组成。

    运算器由逻辑运算单元（ALU）,累加寄存器（AC），数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成。运算器接收控制器指令而执行，是执行部件。

    运算器功能

    1）算术运算

    2）逻辑运算

    算术逻辑单元。ALU是运算器的重要组成部分，负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。

    累加寄存器（AC ）。AC通常称为累加器，是一个通用寄存器，功能ALU进行算术运算或者逻辑运算时，提供一个工作区。运算器中至少要有一个累加寄存器。

    数据缓冲寄存器（DR）。在对内存储器进行读/写操作时，用DR暂存从内存储器中取出的一个数据字或一条指令，将不同时间段内的读/写数据隔离开来。DR的主要作用是：作为CPU与内存外部存储设备间的中转站；作为CPU与内存外部存储设备间的操作速度上的缓冲；在但累加器结构的运算器中，还能兼作为操作数寄存器。

    状态条件寄存器（PSW）。PSW保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条码内容，主要分为状态标识和控制标识。

    控制器，运算器只能完成运算，而控制器用于控制整个cpu的工作，他决定了计算机运行过程的自动化。他不仅要保证程序的正常执行，还要能处理异常。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑。

    指令控制逻辑要完成取指令，分析指令和执行指令的操作，其过程分为取指令，指令编译、按指令码执行，生成下一条指令地址等步骤。

    （1）指令寄存器（IR）。当cpu执行一条指令，首先从内存取到缓冲寄存器中，在送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生微操作指令，控制其他部分工作。

   （ 2）程序计数器（PC）。PC具有寄存信息和计数功能，又称为指令计数器。

    （3）地址寄存器（AR）。AR保存当前所访问的内存单元的地址。由于内存和cpu存在操作速度上的差异，所以需要AR保持地址信息，直到内存的读/写操作完成。

    （4)指令译码器（ID）。指令分为操作码和地址码 两部分，指令译码器就是解析操作码，并向控制器发出具体的控制指令。

    时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序，提供应有的控制信号。总线逻辑是为多个功能部件服务的新系统路的控制电路。中断控制逻辑 ，用于控制各种中断请求，并根据优先级高低对各种中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。

    寄存器组

寄存器组分为专用寄存器和通用寄存器。运算器和控制器中的寄存器是专用寄存器，作用是固定的。通用寄存器用途广泛并可由程序员控制其用途，其数目因处理器不同有所差异。

截取自：《软件设计师教程（第四版）》