电脑cpu是什么样子 电脑cpu基本功能

  电脑cpu是什么样子: 中央处理器CPU是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段:提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

  现今的中央处理器出现之前,如同ENIAC之类的计算机在执行不同程序时,必须经过一番线路调整才能启动。由于它们的线路必须被重设才能执行不同的程序,这些机器通常称为“固定程序计算机”(fixed-program computer)。而由于中央处理器这个词指称为执行软件(计算机程序)的装置,那些最早与储存程序型计算机一同登场的装置也可以被称为中央处理器。

  计算机求解问题是通过执行程序来实现的。程序是由指令构成的序列,执行程序就是按指令序列逐条执行指令。一旦把程序装入主存储器(简称主存)中,就可以由CPU自动地完成从主存取指令和执行指令的任务。

  一、CPU具有以下4个方面的基本功能:

  1. 指令顺序控制

  这是指控制程序中指令的执行顺序。程序中的各指令之间是有严格顺序的,必须严格按程序规定的顺序执行,才能保证计算机系统工作的正确性。

  2. 操作控制

  一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一序列的操作来实现的。CPU要根据指令的功能,产生相应的操作控制信号,发给相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

  3. 时间控制

  时间控制就是对各种操作实施时间上的定时。在一条指令的执行过程中,在什么时间做什么操作均应受到严格的控制。只有这样,计算机才能有条不紊地工作。

  4. 数据加工

  即对数据进行算术运算和逻辑运算,或进行其他的信息处理。

  二、CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作,然后发出各种控制命令,执行微操作系列,从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成,其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。

  1、提取

  第一阶段,提取,从存储器或高速缓冲存储器中检索指令(为数值或一系列数值)。由程序计数器(Program Counter)指定存储器的位置。(程序计数器保存供识别程序位置的数值。换言之,程序计数器记录了CPU在程序里的踪迹。)

  提取指令之后,程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相对较慢的存储器寻找,因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。

  2、解码

  CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段,指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构(ISA)定义将数值解译为指令。一部分的指令数值为运算码(Opcode),其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给指令必要的信息,诸如一个加法(Addition)运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值(即立即值),或是一个空间的定址值:暂存器或存储器位址,以定址模式决定。在旧的设计中,CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中,一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往可以重写,方便变更解码指令。

  3、执行

  在提取和解码阶段之后,紧接着进入执行阶段。该阶段中,连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。

  例如,要求一个加法运算,算术逻辑单元(ALU,Arithmetic Logic Unit)将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值,而输出将含有总和的结果。ALU内含电路系统,易于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算(比如加法和位元运算)。如果加法运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果,在标志暂存器里可能会设置运算溢出(Arithmetic Overflow)标志。

  4、写回

  最终阶段,写回,以一定格式将执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器,以供随后指令快速存取。在其它案例中,运算结果可能写进速度较慢,但容量较大且较便宜的主记忆体中。某些类型的指令会操作程序计数器,而不直接产生结果。这些一般称作“跳转”(Jumps),并在程式中带来循环行为、条件性执行(透过条件跳转)和函式。许多指令会改变标志暂存器的状态位元。这些标志可用来影响程式行为,缘由于它们时常显出各种运算结果。例如,以一个“比较”指令判断两个值大小,根据比较结果在标志暂存器上设置一个数值。这个标志可藉由随后跳转指令来决定程式动向。在执行指令并写回结果之后,程序计数器值会递增,反覆整个过程,下一个指令周期正常的提取下一个顺序指令。如果完成的是跳转指令,程序计数器将会修改成跳转到的指令位址,且程序继续正常执行。许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码,并且同时执行。这个部分一般涉及“经典RISC管线”,那些实际上是在众多使用简单CPU的电子装置中快速普及(常称为微控制(Microcontrollers))。

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