计算机系统基础：CPU相关知识笔记

1、什么是CPU

计算机的基本硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大部件组成。

运算器和控制器等部件被集成在一起称为*处理单元(Central Processing Unit,CPU).CPU是硬件系统的核心。

2、CPU的用途

CPU主要负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。

CPU的功能如下图：

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3、CPU的组成

CPU主要由运算器、控制器、寄存器和内部总线等部件组成。

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3.1 运算器

运算器包括算术逻辑单元（ALU）、累加器、缓冲寄存器、状态条件寄存器等。它的主要工作是完成所规定的的各种算术和逻辑运算。

算术逻辑单元(ALU)：ALU的重要组成部件，负责处理数据，实现算术和逻辑运算。

累加器（AC）：当执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

数据缓冲器（DR）：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站、操作速度的缓冲；

在单累加器结构的运算器中，DR还可以作为操作数寄存器。

状态寄存器（PSW）：保存算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的的各种条件码内容，分为状态标志和控制标志。

3.2 控制器

用于控制这个CPU的工作，不仅要保证程序的正确执行，还要能处理异常事件。

控制器主要包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑。

3.2.1 指令控制

指令寄存器（IR）：当执行一条指令时，需要先把它从内存存储器取到缓冲寄存器中，再送入IR中暂存，指令译码器会根据IR的内容产生各种微操作命令，控制其他部件协调工作，完成指令的功能。

程序计数器（PC）：PC具有寄存和计数两种功能。又称为指令计数器。

地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元地址。

指令译码器（ID）：包含指令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，以便识别要进行的操作。

3.2.2 时序控制

时序控制要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。

3.2.3 总线控制

为多个功能部件提供服务的信息通路的控制电路。

3.2.4 中断控制

用于控制各种中断请求，并根据优先级排队，逐个交给CPU处理。

3.3 寄存器组

分为专用寄存器、通用寄存器。运算器和控制器中的寄存器是专用寄存器，作用是固定的。

通用寄存器用途广泛由程序员规定其用途。

4、什么是多核CPU

内核：CPU的核心称为内核，是CPU的最重要组成部分。CPU的所有计算、接收/存储命令、处理数据都是由核心执行。

多核：在一个单芯片上集成两个或者更多个处理器内核，并且每个内核都有自己的逻辑单元、控制单元、中端处理器、运算单元、一级Cache、二级Cache共享或独有。

多核CPU优点：可满足用户同时进行多任务处理等要求。

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