中央处理器(CPU)

计算机系统硬件基本组成

计算机系统由硬件软件组成,他们协同工作来运行程序。

基本的硬件系统包括:

  • 运算器
  • 控制器
  • 存储器
  • 输入设备
  • 输出设备

运算器,控制器等部件被集成一起,统称为中央处理单元(Central Processing Unit, CPU)。CPU是硬件系统的核心,用于数据的加工和处理,能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。

存储器, 则相当于计算机系统的记忆设备,分为内部存储和外部存储。前者速度高、容量小,一般用于临时存放的程序是、数据以及中间结果。而后者容量大、速度慢,可以长期保存程序和数据。

输入输出设备, 也合称为外设,输入设备用于输入原始数据以及命令,输出设备则用于计算机运行结果的表达。

CPU的功能

中央处理单元(CPU)是计算机系统的核心部件,它负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。

CPU的功能包含:

  1. 程序控制。CPU通过执行指令来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来完成,CPU产生指令的操作信号并将其送往对应的部件,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,即指令执行过程中操作信号的出现时间、持续时间以及时间的顺序都需要进行严格的控制。
  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和处理,数据加工处理的结果被人们所利用。所以,数据的加工处理也是CPU的主要任务之一。
  5. 中断响应。CPU还需要对系统内部和外部的中断(异常)作出响应,进行相应的处理。

CPU的组成

CPU内部主要由运算器、控制器、寄存器三大部分组成。

CPU的组成
  1. 运算器 ,数据加工处理部件,用于完成计算机的各种算术和逻辑运算,他接受控制器的命令进行动作,所以他是执行部件。可以完成加减乘除,以及逻辑的与、或、非等运算。
    1.1 算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit,ALU
    1.2 累加寄存器
    1.3 数据缓冲寄存器
    1.4 状态条件寄存器组等
  2. 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,它决定了计算机运行过程的自动化。
    2.1 指令寄存器(IR)
    2.2 程序计数器(PC)
    2.3 地址寄存器(AR)
    2.4 指令译码器(ID)
  3. 寄存器组 ,分为专用和通用,运算器以及控制器中的寄存器属于专用寄存器,其作用是固定的。通用寄存器用途广泛,由程序员规定其用途,并且数目因处理器不同而有所差异。

附录

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