内部架构

CPU 的根本任务就是执行指令,对计算机来说最终都是一串由 0 和 1 组成的序列。CPU 从逻辑上可以划分成 3 个模块,分别是控制单元、运算单元和存储单元 。其内部架构如下:

【1】控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心,由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和 操作控制器OC(Operation Controller) 等组成,对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序,依次从存储器中取出各条指令,放在指令寄存器IR中,通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作,然后通过操作控制器OC,按确定的时序,向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括:节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。

【2】运算单元

运算单元是运算器的核心。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。相对控制单元而言,运算器接受控制单元的命令而进行动作,即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。

【3】存储单元

存储单元包括 CPU 片内缓存和寄存器组,是 CPU 中暂时存放数据的地方,里面保存着那些等待处理的数据,或已经处理过的数据,CPU 访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器,可以减少 CPU 访问内存的次数,从而提高了 CPU 的工作速度。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的,分别寄存相应的数据;而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途。

工作原理

总的来说,CPU 从内存中一条一条地取出指令和相应的数据,按指令操作码的规定,对数据进行运算处理,直到程序执行完毕为止。具体过程可分为以下四步:

【1】取指令

CPU 控制器从内存读取一条指令并放入指令寄存器。指令的格式如下:

操作码:就是汇编语言里的 mov,add,jmp 等符号码;

操作数地址:说明该指令需要的操作数所在的地方,是在内存里还是在CPU的内部寄存器里。

【2】指令译码

指令寄存器中的指令经过译码,决定该指令应进行何种操作(就是指令里的操作码)、操作数在哪里(操作数的地址) 。

【3】 执行指令

执行指令分为两个阶段: 取操作数 和 进行运算 。

取操作数:CPU 通过寻址操作,从内存(数据段)中读取操作数到通用寄存器中,暂存起来。

进行运算:运算单元通过指令中的操作码,对寄存器中的操作数进行 mov,add,jmp 操作。

【4】 指令计数

修改指令计数器,决定下一条指令的地址 。CPU 重复上述三步操作,处于内存代码段的指令被逐个的执行,直到程序执行完毕为止。

CPU 字长

CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以,能处理字长为 8 位数据的 CPU 通常就叫 8 位的 CPU。同理,32 位CPU 能在单位时间内处理字长为 32 位的二进制数据 。

常见的 32位 CPU 和 64位 CPU 主要存在以下两个差异:

【1】处理能力不同

32 位 CPU 的一个指令,最大能处理 32 位二进制数据,即一次能处理 4 个字节数据。
64 位 CPU 的一个指令,最大能处理 64 位二进制数据,即一次能处理 8 个字节数据。

【2】寻址空间不同

32 位 CPU 的寻址范围是 32 位的二进制,32位二进制能表示的地址长度为2的32次方,即寻址空间最大为 4GB。
而 64 位CPU的寻址范围是 64 位的二进制。能表示的地址长度更大,其寻址空间也会更大。
 
 
参考资料
 

CPU 的工作原理的更多相关文章

  1. 测试那些事儿—简述CPU的工作原理

    简单介绍CPU的工作原理 1.内部架构 CPU是由晶体管组成,其根本任务就是执行指令和数据处理,对计算机来说,就是由0和1组成的序列.CPU从逻辑上可分为3个模块,分别是控制单元,运算单元和存储单元. ...

  2. 简单介绍 CPU 的工作原理

    1.内部架构 CPU 的根本任务就是执行指令,对计算机来说最终都是一串由 0 和 1 组成的序列.CPU 从逻辑上可以划分成 3 个模块,分别是控制单元.运算单元和存储单元 .其内部架构如下: [1] ...

  3. 操作系统组成和工作原理以及cpu的工作原理

  4. cpu的工作原理

  5. CPU的内部架构和工作原理 (转,相当不错)

    http://blog.chinaunix.net/uid-23069658-id-3563960.html 一直以来,总以为CPU内部真是如当年学习<计算机组成原理>时书上所介绍的那样, ...

  6. CPU的内部架构和工作原理

    一直以来,总以为CPU内部真是如当年学习<计算机组成原理>时书上所介绍的那样,是各种逻辑门器件的组合.当看到纳米技术时就想,真的可以把那些器件做的那么小么?直到看了Intel CPU制作流 ...

  7. CPU的内部架构和工作原理-原文

    CPU从逻辑上可以划分成3个模块,分别是.和,这三部分由CPU内部总线连接起来.如下所示: 控制单元:控制单元是整个CPU的指挥控制中心,由指令寄存器IR(Instruction Register). ...

  8. 单片机的基本构成、工作原理 LET′S TRY“嵌入式编程”: 1 of 6

    单片机的基本构成.工作原理 LET′S TRY“嵌入式编程”: 1 of 6 本连载讲解作为嵌入式系统开发技术人员所必需具备的基础知识.这些基础知识是硬件和软件技术人员都应该掌握的共通技术知识.有了电 ...

  9. 转载->CPU的内部架构和工作原理

    CPU的内部架构和工作原理 本片博客转自:http://www.cnblogs.com/onepixel/p/8724526.html  感谢博主分享! 内部架构 CPU 的根本任务就是执行指令,对计 ...

随机推荐

  1. java成神之——数值操作BigDecimal,BigInteger,Random,SecureRandom

    数值操作 数值新特性 包装类 浮点 BigDecimal BigInteger 数值本地化 随机数 假随机数 真随机数 播种 结语 数值操作 数值新特性 123_456 等价于 123456,增加可读 ...

  2. list map set 集合的区别

    Java中的集合包括三大类,它们是Set.List和Map,它们都处于java.util包中,Set.List和Map都是接口,它们有各自的实现 类.Set的实现类主要有HashSet和TreeSet ...

  3. Java面向对象-构造方法,this关键字

    Java面向对象-构造方法,this关键字 构造方法 概念:构造方法是一个特殊的方法,这个特殊方法用于创建实例时执行初始化操作: 上代码: package com.java1234.chap03.se ...

  4. Directshow 采集音视频数据H264+AAC+rtmp效果还不错

    从usb摄像头或者采集卡中采集效果还是不错的.

  5. Ubuntu下&nbsp;Nfs服务器安装

    Ubuntu Nfs服务器安装 nfs服务器在嵌入式开发中非常常用,可以实现主机和开发板共享文件.     1.安装软件包     sudo apt-get install nfs-common nf ...

  6. js控制图片放大缩小的简易版

    js代码: function bb_img_onmousewheel(e, o) { var zoom = parseInt(o.style.zoom, 10) || 100; zoom += eve ...

  7. JavaWeb之JSP入门

    JSP原理及执行过程 流程图分析 用户发起请求,用户通过浏览器访问jsp页面,浏览器将HTTP协议的请求部分发送到服务端. 服务端获取请求部分,分析请求,发现本次的请求的的是jsp页面,jsp引擎按照 ...

  8. 在cmd中 操作 数据库 MySQL 的一些命令

    环境变量配置配置好以后, 打开cmd 连接:mysql -h主机地址 -u用户名 -p用户密码 (注:u与root可以不用加空格,其它也一样) 断开:exit (回车) 创建授权:grant sele ...

  9. PHP内核介绍及扩展开发指南—Extensions 的编写(下)

    第一个参数是HashTable,在1.2.3节提到Zend使用HashTable来存储PHP函数,function_table用于指 定从哪个HashTable中获取函数.通常应该用CG(functi ...

  10. (一)maven的安装

    Maven下载 下载地址:http://maven.apache.org/download.cgi 下载完成后,得到一个压缩包