cpu结构

“构成CPU的主要部件是运算逻辑部件、寄存器部件和控制部

件。

算术逻辑单元：

算术逻辑单元(arithmeticandlogicunit)是能实现多组算术

运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。

寄存器：

寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器

组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n

位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。

控制单元：

控制单元（ControlUnit）负责程序的流程管理。正如工厂的物

流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器

IR(InstructionRegister)、指令译码器ID(InstructionDecoder)和

操作控制器OC(OperationController)三个部件组成，对协调整个

电脑有序工作极为重要。

控制单元可以作为CPU的一部分，也可以安装于CPU外部。

中央处理器：

中央处理器作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程

序运行的最终执行单元。CPU自产生以来，在逻辑结构、运行效率

以及功能外延上取得了巨大发展。

中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的

核心配件。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是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心

部件。中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包

括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。电子计

算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。中央处

理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

在计算机体系结构中，CPU是对计算机的所有硬件资源（如存

储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单

元。CPU是计算机的运算和控制核心。计算机系统中所有软件层的

操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。

结构

通常来讲，CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部

件和控制部件等。所谓运算逻辑部件，主要能够进行相关的逻辑运算，

如：可以执行移位操作以及逻辑操作，除此之外还可以执行定点或浮

点算术运算操作以及地址运算和转换等命令，是一种多功能的运算单

元。而寄存器部件则是用来暂存指令、数据和地址的。控制部件则是

主要用来对指令进行分析并且能够发出相应的控制信号。而计算机的

内存又可以分为随机存取存储器（RAM）和只读储存器(ROM)。两

者的区别在于，随机存取存储器能够与CPU直接的进行数据的交换，

也可以将其称为主存。对于RAM可以随时的进行读写，而且这个过

程的速度很快，因此由于主存所具有的这个优点也往往将其作为操作

系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介；而只读存储器

ROM是一种只能读出事先所存数据的存储器，使用者对于其内部存

储的资料没有改变的权限也无法对其进行删除，并且在电源关闭以后

资料并不会消失。这种内存也得到了广泛的应用，在那些资料不需要

经常变更的电子或电脑系统中得到了很好地应用。

核心部分：

运算器是指计算机中进行各种算术和逻辑运算操作的部件，其

中算术逻辑单元是中央处理核心的部分。

算术逻辑单元（ALU）。算术逻辑单元是指能实现多组算术运算

与逻辑运算的组合逻辑电路，其是中央处理中的重要组成部分。算术

逻辑单元的运算主要是进行二位元算术运算，如加法、减法、乘法。

在运算过程中，算术逻辑单元主要是以计算机指令集中执行算术与逻

辑操作，通常来说，ALU能够发挥直接读入读出的作用，具体体现

在处理器控制器、内存及输入输出设备等方面，输入输出是建立在总

线的基础上实施。输入指令包含一个指令字，其中包括操作码、格

式码等。

中间寄存器（IR）。其长度为128位，其通过操作数来决定实

际长度。IR在“进栈并取数”指令中发挥重要作用，在执行该指令

过程中，将ACC的内容发送于IR，之后将操作数取到ACC，后将IR

内容进栈。

运算累加器（ACC）。当前的寄存器一般都是单累加器，其长度

为128位。对于ACC来说，可以将它看成可变长的累加器。在叙述

指令过程中，ACC长度的表示一般都是将ACS的值作为依据，而ACS

长度与ACC长度有着直接联系，ACS长度的加倍或减半也可以看

作ACC长度加倍或减半。

描述字寄存器（DR）。其主要应用于存放与修改描述字中。DR

的长度为64位，为了简化数据结构处理，使用描述字发挥重要作用。

B寄存器。其在指令的修改中发挥重要作用，B寄存器长度为

32位，在修改地址过程中能保存地址修改量，主存地址只能用描述

字进行修改。指向数组中的第一个元素就是描述字，因此，访问数

组中的其它元素应当需要用修改量。对于数组成来说，其是由大小一

样的数据或者大小相同的元素组成的，且连续存储，常见的访问方式

为向量描述字，因为向量描述字中的地址为字节地址，所以，在进行

换算过程中，首先应当进行基本地址的相加。对于换算工作来说，

主要是由硬件自动实现，在这个过程中尤其要注意对齐，以免越出数

组界限。

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变

电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动与反向的主令装置。

控制器由程序状态寄存器PSR，系统状态寄存器SSR，程序计数器

PC，指令均存器等组成，其作为“决策机构”，主要任务就是发布

命令，发挥着整个计算机系统操作的协调与指挥作用。控制的分类

主要包括两种，分别为组合逻辑控制器、微程序控制器，两个部分都

有各自的优点与不足。其中组合逻辑控制器结构相对较复杂，但优点

是速度较快；微程序控制器设计的结构简单，但在修改一条机器指令

功能中，需对微程序的全部重编。