中央處理器包括:運算器和控制器。運算器是指計算機中進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件, 其中算術(shù)邏輯單元是中央處理核心的部分;控制器是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和 改變電路中電阻值來控制電動機的啟動、調(diào)速、制動與反向的主令裝置。
中央處理器(cpu),是電子計算機的主要設(shè)備之一,電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。cpu是計算機中負(fù)責(zé)讀取指令,對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。中央處理器主要包括兩個部分,即控制器、運算器,其中還包括高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是cpu、內(nèi)部存儲器、輸入/輸出設(shè)備。中央處理器的功效主要為處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)。
在計算機體系結(jié)構(gòu)中,cpu 是對計算機的所有硬件資源(如存儲器、輸入輸出單元) 進(jìn)行控制調(diào)配、執(zhí)行通用運算的核心硬件單元。cpu 是計算機的運算和控制核心。計算機系統(tǒng)中所有軟件層的操作,最終都將通過指令集映射為cpu的操作。
對于中央處理器來說,可將其看作一個規(guī)模較大的集成電路,其主要任務(wù)是加工和處理各種數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)計算機的儲存容量相對較小,其對大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理過程中具有一定難度,且處理效果相對較低。隨著我國信息技術(shù)水平的迅速發(fā)展,隨之出現(xiàn)了高配置的處理器計算機,將高配置處理器作為控制中心,對提高計算機cpu的結(jié)構(gòu)功能發(fā)揮重要作用。中央處理器中的核心部分就是控制器、運算器,其對提高計算機的整體功能起著重要作用,能夠?qū)崿F(xiàn)寄存控制、邏輯運算、信號收發(fā)等多項功能的擴散,為提升計算機的性能奠定良好基礎(chǔ)。
集成電路在計算機內(nèi)起到了調(diào)控信號的作用,根據(jù)用戶操作指令執(zhí)行不同的指令任務(wù)。中央處理器是一塊超大規(guī)模的集成電路。它由運算器、控制器、寄存器等組成,如下圖,關(guān)鍵操作在于對各類數(shù)據(jù)的加工和處理。
傳統(tǒng)計算機存儲容量較小,面對大規(guī)模數(shù)據(jù)集的操作效率偏低。新一代計算機采用高配置處理器作為控制中心,cpu在結(jié)構(gòu)功能方面有了很大的提升空間。中央處理器以運算器、控制器為主要裝置,逐漸擴散為邏輯運算、寄存控制、程序編碼、信號收發(fā)等多項功能。這些都加快了cpu調(diào)控性能的優(yōu)化升級。
核心部分
運算器
運算器是指計算機中進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件, 其中算術(shù)邏輯單元是中央處理核心的部分。
(1)算術(shù)邏輯單元(alu)。算術(shù)邏輯單元是指能實現(xiàn)多組 算術(shù)運算與邏輯運算的組合邏輯電路,其是中央處理中的重要組成部分。算術(shù)邏輯單元的運算主要是進(jìn)行二位元算術(shù)運算,如加法、減法、乘法。在運算過程中,算術(shù)邏輯單元主要是以計算機指令集中執(zhí)行算術(shù)與邏輯操作,通常來說,alu能夠發(fā)揮直接讀入讀出的作用,具體體現(xiàn)在處理器控制器、內(nèi)存及輸入輸出設(shè)備等方面,輸入輸出是建立在總線的基礎(chǔ)上實施。輸入指令包含一 個指令字,其中包括操作碼、格式碼等。
(2)中間寄存器(ir)。其長度為 128 位,其通過操作數(shù)來決定實際長度。ir 在“進(jìn)棧并取數(shù)”指令中發(fā)揮重要作用,在執(zhí)行該指令過程中,將acc的內(nèi)容發(fā)送于ir,之后將操作數(shù)取到acc,后將ir內(nèi)容進(jìn)棧。
(3)運算累加器(acc)。當(dāng)前的寄存器一般都是單累加器,其長度為128位。對于acc來說,可以將它看成可變長的累加器。在敘述指令過程中,acc長度的表示一般都是將acs的值作為依據(jù),而acs長度與 acc 長度有著直接聯(lián)系,acs長度的加倍或減半也可以看作acc長度加倍或減半。
(4)描述字寄存器(dr)。其主要應(yīng)用于存放與修改描述字中。dr的長度為64位,為了簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理,使用描述字發(fā)揮重要作用。
(5)b寄存器。其在指令的修改中發(fā)揮重要作用,b 寄存器長度為32位,在修改地址過程中能保存地址修改量,主存地址只能用描述字進(jìn)行修改。指向數(shù)組中的第一個元素就是描述字, 因此,訪問數(shù)組中的其它元素應(yīng)當(dāng)需要用修改量。對于數(shù)組成來說,其是由大小一樣的數(shù)據(jù)或者大小相同的元素組成的,且連續(xù)存儲,常見的訪問方式為向量描述字,因為向量描述字中的地址為字節(jié)地址,所以,在進(jìn)行換算過程中,首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行基本地址 的相加。對于換算工作來說,主要是由硬件自動實現(xiàn),在這個過程中尤其要注意對齊,以免越出數(shù)組界限。
控制器
控制器是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和 改變電路中電阻值來控制電動機的啟動、調(diào)速、制動與反向的主令裝置??刂破饔沙绦驙顟B(tài)寄存器psr,系統(tǒng)狀態(tài)寄存器ssr, 程序計數(shù)器pc,指令均存器等組成,其作為“決策機構(gòu)”,主要任務(wù)就是發(fā)布命令,發(fā)揮著整個計算機系統(tǒng)操作的協(xié)調(diào)與指揮作用。 控制的分類主要包括兩種,分別為組合邏輯控制器、微程序控制器,兩個部分都有各自的優(yōu)點與不足。其中組合邏輯控制器結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜,但優(yōu)點是速度較快;微程序控制器設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡單,但在修改一條機器指令功能中,需對微程序的全部重編。