②CPU - 运算器、控制器 【软考-软件设计师考点】

CPU - 运算器、控制器

• 计算机的基本硬件系统5大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
  
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• 中央处理器CPU = 控制器 + 运算器。
  
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• CPU功能：程序控制、操作控制（控制器）；时间控制、数据处理（运算器）；
  

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• 运算器：算术逻辑单元（ALU） + 累加寄存器（AC） + 程序缓冲寄存器（DR） + 状态条件寄存器（PSW）。
  

• ALU是运算器的重要组成部件，负责处理数据，实现对数
  据的算术运算和逻辑运算。
• AC通常简称为累加器，它是一个通用寄存器，其功能是当运算
  器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。例如，在执行一个减法运算前，先将被减数取出暂存在AC中，再从内存储器中取出减数，然后同AC的内容相减，将所得的结果送回AC中。运算的结果是放在累加器中的，运算器中至少要有一个累加寄存器。
• DR在对内存储器进行读/写操作时，用DR暂时存放由内存储
  器读/写的一条指令或一个数据字，将不同时间段内读/写的数据隔离开来。DR的主要作用为：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、外围设备之间在操作速度上的缓冲：在单累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。
• 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件码内容，主要分为状态标志和控制标志，例如运算结果进位标志©、运算结果
  溢出标志(V)、运算结果为0标志(Z)、运算结果为负标志(N)、中断标志(I)、方向标志(D)和单步标志等。这些标志通常分别由1位触发器保存，保存了当前指令执行完成之后的状态。通常，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。
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• 控制器：
  

• 保证程序指令的正确执行，能够处理异常事件
  
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• 指令寄存器IR + 程序计数器PC + 地址寄存器AR + 指令译码器ID
  

• 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冲寄存器中，再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他的组成部件工作，完成所需的功能。用户不能访问。
• 程序计数器(PC)。保存跟踪指令地址的寄存器。PC具有寄存信息和计数两种功能，又称为指令计数器。程序的执行分两种情况，一是顺序执行，二是转移执行。大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单地对PC加1。当遇到转移指令时，后继指令的地址根据当前指令的地址加上一个向前或向后转移的位移量得到，或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。
• 地址寄存器(AR)。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，所以需要使用AR保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。
• 指令译码器(D)。指令包含操作码和地址码两部分，为了能执行任何给定的指令，必须对操作码进行分析，以便识别所完成的操作。指令译码器就是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，控制各部件工作，完成所需的功能。

• 计算机基本单位：

• bit（b）
• byte（B）—— 1B = 8b
• KB —— 1KB = 1024B
• MB —— 1MB = 1024KB
• GB —— 1GB = 1024MB
• TB —— 1TB = 1024GB
• 最小的数据单位：bit
• 最小的存储单位：byte