计算机组成第5章中央处理器.ppt

《计算机组成第5章：中央处理器》 中央处理器（CPU）是计算机硬件系统的核心，它负责执行计算机程序，实现计算和逻辑操作。本章主要探讨CPU的概念、指令周期以及其内部组成。 CPU的功能包括指令控制、操作控制、时间控制和数据加工。指令控制确保程序按照预定顺序执行，操作控制则是生成并发送指令所需的操作信号，时间控制是为各种操作设定时间，而数据加工则涵盖了对数据进行算术和逻辑运算。 CPU由运算器和控制器等基本部分组成。运算器主要包括算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器，用于执行算术和逻辑运算。控制器则包含程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器，负责指令的获取、解码、执行流程的控制以及数据的流动方向。 从寄存器的角度看，CPU有多种关键寄存器。指令寄存器（IR）存储当前正在执行的指令，程序计数器（PC）用于指向下一条要执行的指令地址，地址寄存器（AR）保存内存或I/O设备的地址，数据缓冲寄存器（DR）作为数据传输的中转站，累加寄存器（AC）用于算术逻辑运算，状态条件寄存器（PSW）记录运算结果及系统状态。 在控制信号层面，CPU包含时序产生器和操作控制器。时序产生器根据系统时钟产生控制信号，确保操作精确同步。操作控制器根据指令代码、时序信号和执行反馈生成操作控制信号。控制器有两种类型：硬布线控制器和微程序控制器，前者基于时序逻辑，后者通过存储在控制存储器中的微指令来控制操作。 指令周期是CPU执行指令的基本单位，由若干个CPU周期组成，每个CPU周期又由多个时钟周期构成。指令周期包括取指令、指令解码、执行指令和结果写回等阶段，是理解CPU工作原理的关键。 CPU作为计算机的心脏，其复杂性和效率直接影响到整个系统的性能。深入理解CPU的工作机制对于优化程序执行、设计高效计算机系统至关重要。