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CPU

CPU包含有:控制器,运算器,寄存器和高速缓存。
现代的多核CPU,每个CPU核都相当于一个独立的CPU,即每个CPU核都包含有各自独立的“控制器,运算器,寄存器和高速缓存(L1高速缓存和L2高速缓存)”,L3高速缓存是多核共享的。

一、控制器

控制器用于控制整个CPU进行工作。
控制器一般包括有以下几个部分:控制单元,指令译码器,指令寄存器,程序计数器,地址寄存器。

  • 控制单元:包含“指令控制逻辑,时序控制逻辑,总线控制逻辑和中断控制逻辑”
  • 指令译码器(ID):一条指令分为“操作码”和“地址码”两部分,ID负责对指令的操作码部分进行解译
  • 指令寄存器(IR):是专用寄存器。当CPU执行一条指令时,先将其从内存加载到数据缓冲寄存器DR,再传入IR保存,指令译码器ID解译IR的内容生成微操作指令
  • 程序计数器(PC):是专用寄存器。PC保存下一条执行指令的地址
  • 地址寄存器(AR):是专用寄存器。AR保存当前CPU所访问内存单元的地址

二、运算器

运算器受到控制器的控制进行运算,是一个执行部件。
运算器一般包括有以下几个部分:算术逻辑单元,累加寄存器,数据缓冲寄存器和状态条件寄存器。

  • 算术逻辑单元(ALU):ALU是运算器的重要组成部件,负责处理数据,实现对数据的算术运算和逻辑运算
  • 累加寄存器(AC):是通用寄存器。AC用于暂时存放操作数和运算结果。运算器中至少需要一个AC
  • 数据缓冲寄存器(DR):是专用寄存器。DR用于暂时存放从内存读取的一条指令或者数据
  • 状态条件寄存器(PSW):是专用寄存器。PWS保存运算中的各种条件码内容,主要包括“状态标志”和“控制标志”

三、寄存器

寄存器是CPU的原生需求存储单元。在存储体系中,寄存器的特点是“成本最高,容量最小,速度最快”。
寄存器分为:专用寄存器和通用寄存器。

3.1、专用寄存器

包括有:数据缓冲寄存器(DR)、状态条件寄存器(PSW)、程序计数器(PC)、地址寄存器(AR)、指令寄存器(IR)等。

3.2、通用寄存器

包括有:累加寄存器(AC)等。

四、高速缓存

高速缓存是为缓解“CPU的高速运转与内存读取的相对低速运转”的矛盾而引入的存储单元。在存储体系中,高速缓存的特点是“成本小于寄存器大于内存,容量大于寄存器小于内存,速度小于寄存器大于内存”。
一般包括:L1高速缓存,L2高速缓存和L3高速缓存。


参考文献

[1]https://blog.csdn.net/u010926964/article/details/45693773
[2]https://software.intel.com/zh-cn/articles/book-processor-architecture_cpu_function_and_composition

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