法國施耐德140CPU31110
法國施耐德140CPU31110
*處理器(CPU,Central Processing Unit)是一塊超大規(guī)模的集成電路,是一臺計算機的運算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。
*處理器主要包括運算器(算術邏輯運算單元,ALU,Arithmetic Logic Unit)和高速緩沖存儲器(Cache)及實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)(Data)、控制及狀態(tài)的總線(Bus)。它與內(nèi)部存儲器(Memory)和輸入/輸出(I/O)設備合稱為電子計算機三大核心部件。
物理結構
CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。
邏輯部件
英文Logic components;運算邏輯部件??梢詧?zhí)行定點或浮點算術運算操作、移位操作以及邏輯操作,也可執(zhí)行地址運算和轉換。
寄存器
寄存器部件,包括寄存器、寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定點數(shù)和浮點數(shù)兩類,它們用來保存指令執(zhí)行過程中臨時存放的寄存器操作數(shù)和中間(或zui終)的操作結果。 通用寄存器是*處理器的重要部件之一。
控制部件
英文Control unit;控制部件,主要是負責對指令譯碼,并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。
其結構有兩種:一種是以微存儲為核心的微程序控制方式;一種是以邏輯硬布線結構為主的控制方式。
微存儲中保持微碼,每一個微碼對應于一個zui基本的微操作,又稱微指令;各條指令是由不同序列的微碼組成,這種微碼序列構成微程序。*處理器在對指令譯碼以后,即發(fā)出一定時序的控制信號,按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個微操作,即可完成某條指令的執(zhí)行。
簡單指令是由(3~5)個微操作組成,復雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。
主要功能
處理指令
英文Processing instructions;這是指控制程序中指令的執(zhí)行順序。程序中的各指令之間是有嚴格順序的,必須嚴格按程序規(guī)定的順序執(zhí)行,才能保證計算機系統(tǒng)工作的正確性。
執(zhí)行操作
英文Perform an action;一條指令的功能往往是由計算機中的部件執(zhí)行一系列的操作來實現(xiàn)的。CPU要根據(jù)指令的功能,產(chǎn)生相應的操作控制信號,發(fā)給相應的部件,從而控制這些部件按指令的要求進行動作。
控制時間
英文Control time;時間控制就是對各種操作實施時間上的定時。在一條指令的執(zhí)行過程中,在什么時間做什么操作均應受到嚴格的控制。只有這樣,計算機才能有條不紊地工作。
處理數(shù)據(jù)
即對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯運算,或進行其他的信息處理。
其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù), 并執(zhí)行指令。在微型計算機中又稱微處理器,計算機的所有操作都受CPU控制,CPU的性能指標直接決定了微機系統(tǒng)的性能指標。CPU具有以下4個方面的基本功能:數(shù)據(jù)通信,資源共享,分布式處理,提供系統(tǒng)可靠性。運作原理可基本分為四個階段:提?。‵etch)、解碼(Decode)、執(zhí)行(Execute)和寫回(Writeback)。
工作過程
CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令,放入指令寄存器,并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作,然后發(fā)出各種控制命令,執(zhí)行微操作系列,從而完成一條指令的執(zhí)行。指令是計算機規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個字節(jié)或者多個字節(jié)組成,其中包括操作碼字段、一個或多個有關操作數(shù)地址的字段以及一些表征機器狀態(tài)的狀態(tài)字以及特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。
提取
*階段,提取,從存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令(為數(shù)值或一系列數(shù)值)。由程序計數(shù)器(Program Counter)存儲器的位置。(程序計數(shù)器保存供識別程序位置的數(shù)值。換言之,程序計數(shù)器記錄了CPU在程序里的蹤跡。)
解碼
CPU根據(jù)存儲器提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段,指令被拆解為有意義的片段。根據(jù)CPU的指令集架構(ISA)定義將數(shù)值解譯為指令。一部分的指令數(shù)值為運算碼(Opcode),其指示要進行哪些運算。其它的數(shù)值通常供給指令必要的信息,諸如一個加法(Addition)運算的運算目標。
執(zhí)行
在提取和解碼階段之后,緊接著進入執(zhí)行階段。該階段中,連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。
例如,要求一個加法運算,算術邏輯單元(ALU,Arithmetic Logic Unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值,而輸出將含有總和的結果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng),易于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產(chǎn)生一個對該CPU處理而言過大的結果,在標志暫存器里可能會設置運算溢出(Arithmetic Overflow)標志。
寫回
zui終階段,寫回,以一定格式將執(zhí)行階段的結果簡單的寫回。運算結果經(jīng)常被寫進CPU內(nèi)部的暫存器,以供隨后指令快速存取。在其它案例中,運算結果可能寫進速度較慢,但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會操作程序計數(shù)器,而不直接產(chǎn)生結果。這些一般稱作“跳轉”(Jumps),并在程式中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行(透過條件跳轉)和函式。許多指令會改變標志暫存器的狀態(tài)位元。這些標志可用來影響程式行為,緣由于它們時常顯出各種運算結果。例如,以一個“比較”指令判斷兩個值大小,根據(jù)比較結果在標志暫存器上設置一個數(shù)值。這個標志可藉由隨后跳轉指令來決定程式動向。在執(zhí)行指令并寫回結果之后,程序計數(shù)器值會遞增,反覆整個過程,下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。