【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。