软件设计师考试计算机系统知识——CPU

第一章: 计算机系统知识

1.1.1计算机系统硬件的基本组成

运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

1.1.2 中央处理器

①CPU的功能：

a.程序控制：CPU通过执行指令来控制程序执行的顺序；

b.操作控制：CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号送往不同的部件；

c.时间控制：CPU对各种操作进行时间上的控制；

d.数据处理：CPU通过对数据进行算术运算以及逻辑运算方式进行加工处理；

②CPU组成：运算器、控制器、寄存器组、内部总线

（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。

运算器所进行的全部操作都是由控制信号来指挥的——即执行部件

功能：

a.执行所有的算术运算

b.执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试

组成：

a.算术逻辑单元（ALU）——负责处理数据，实现对数据的算术和逻辑运算；

b.累加寄存器（AC）——一个通用寄存器，当运算器的算术逻辑单元执行算术和逻辑运算时，为AUL提供一个工作区——运算器中至少有一个AC；

c.数据缓冲寄存器（DR）——在对内存储器进行读/写操作时，用DR暂时存放由内存器读/写的一条指令或一个数据组。将不同的时间段内读写的数据隔离开来

作用:       作为CPU和内存，外部设备之间数据传送的中转站；

作为CPU和内存，外部设备之间在操作上的缓冲

单个累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可以为操作数寄存器

d.状态条件寄存器——（PSW）保存计算机算术指令和逻辑指令运行测试的结果建立的各种条件码内容。主要分为状态标志和控制标志

一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作产生一个判决

（2）控制器——用于控制整个CPU的工作，决定了计算机运行的过程的自动化。不仅要保证程序的正常执行，而且要能够处理异常事件，包括：

指令控制逻辑——完成取指令、分析指令和执行指令

时序控制逻辑——为每条指令按时间顺序提供应有的时间控住

总线控制逻辑——是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路

中断控制逻辑——用于控制各种中断请求，并根据优先级对中断请求进行排队

a.指令寄存器（IR）——当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓存寄存器（DR）中，在送到IR中暂存，指令译码器根据IR的内用产生各种数据操作指令， 控制其他的组成部件工作，完成所需的功能；

b.程序计数器（PC）——具有寄存信号和技术两种功能，程序开始执行前，将程序 的其实地址送到PC（PC的内容即是程序的第一条指令的地址），执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，以便使其保持总是将要执行的的下一条指令地址

c.地址寄存器（AR）——保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在着操作速度上的差异，所以余姚使用AR保持地址信息，直到内存的读写操作完成；

d.指令译码器（ID）——对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的 操作，向操作控制器发出具体的控制信号；

（3）寄存器组：专用寄存器——运算器和控制器中的寄存器

通用寄存器——用途广泛并可由程序员规定其用途，数目存在差异

③多核CPU——多核即单芯片上集成两个甚至更多处理器内核。

其中每个内核都有自己的逻辑单元，控制单元、中断处理器、运算单元，一级Cache，二级Cache共享或者独有，其部件的完整性和单核处理器内核相比完全一致。