【机组】计算机系统组成课程笔记 第三章 微体系结构层 —— CPU的构成

3.1 CPU的组成和功能

3.1.1 CPU的组成

CPU(中央处理单元)由寄存器组、算术逻辑单元(ALU)、控制器(CU)及内部总线构成。

3.1.2 CPU的功能

CPU通过程序指令的执行,控制各部件协调工作,以完成程序指定的功能。主要功能如下:

  1. 指令控制:控制程序的执行顺序;
  2. 操作控制:产生每条指令所需的控制命令;
  3. 时间控制:对各种操作实施时间上的控制;
  4. 数据加工:对数据进行算术运算和逻辑运算;
  5. 处理中断:对异常情况和外来请求的处理。

3.1.3 指令的执行过程

取指 → 译码 → 执行

  1. 取指:PC→MAR;;M(MAR)→MDR;MDR→IR;PC+1→PC
  2. 译码:分析指令、解释指令
  3. 执行:根据译码阶段产生的控制信号序列,通过CPU及输入输出设备的执行,实现具体指令的功能。

3.2 CPU模型机的数据通路及指令流程

CPU分为数据部分和控制部分;

数据部分即数据通路,包括寄存器和ALU,数据通路对数据项执行某些操作;

控制部分指的是控制器,用来向数据通路发出控制信号;

指令流程就是指令的操作过程。

3.2.1 单总线结构

CPU寄存器和ALU之间采用单一总线。

  1. 单总线结构的数据通路及控制信号

优点:总线结构简单,花费时间最小;

缺点:限制了在同一时钟周期内数据传输的数量,从而降低了CPU总体的性能。

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