编程必备基础知识|计算机组成原理篇(09)：CPU的控制器和运算器

计算机基础方面的知识，对于一些非科班出身的同学来讲，一直是他们心中的痛，而对于科班出身的同学，很多同学在工作之后，也意识到自身所学知识的不足与欠缺，想回头补补基础知识。关于计算机基础的课程很多，内容繁杂，但无论是相关书籍还是大学课程，都有点脱离工作。特别地，计算机基础知识体系庞杂，想要从零学习或者复习都耗时耗力。

有鉴于此，本系列文章将带你更快的补足编程必备基础知识，涵盖计算机领域三大基础知识：计算机组成原理、操作系统、计算机网络，这些都是大学计算机课程里面最重要的内容。文章对这些内容做了提炼和总结，摒弃了作为程序员不需要掌握的知识。

目的是：

• 帮助大家形成计算机知识的结构体系
• 帮助大家理解计算机底层原理
• 帮助大家在工作实践中借鉴其中的优秀设计

本篇是计算机组成原理之CPU的控制器和运算器

欢迎关注、转发、收藏、评论

控制器

控制器是CPU的组成部分，用于协调和控制计算机的运行，它的构成如下图所示：

下面逐一简单介绍。

程序计数器（Program Counter）

简称PC，用来存储从内存提取的下一条指令的地址。当CPU执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址，此后经过分析指令，执行指令，完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令，保证程序能够连续地执行下去。

时序发生器

用于发送时序脉冲，CPU依据不同的时序脉冲有节奏地进行工作，类似于CPU的节拍器。

指令编译器

用于翻译指令及控制传输指令包含的数据。

指令寄存器

用于缓存从内存或高速缓存里取出的指令，CPU执行指令时，就可以从指令寄存器中取出相关指令来进行执行。

主存地址寄存器

保存当前CPU正要访问的内存单元的地址，通过总线跟主存通信。

主存数据寄存器

保存当前CPU正要读或写的主存数据，通过总线与主存通信。

通用寄存器

用于暂时存放或传送数据或指令。

运算器

运算器是用来进行数据运算加工的。

数据缓冲器

分为输入缓冲和输出缓冲，输入缓冲暂时存放外设送过来的数据，输出缓冲暂时存放送往外设的数据。

ALU

算数逻辑单元，是运算器的主要部件，能完成常见的位运算（左移、右移、与、或、非等）和算术运算（加减乘除等）。

状态字寄存器

存放运算状态（条件码、进位、溢出、结果正负等）和运算控制信息。

通用寄存器

暂时存放或传送数据或指令，保存ALU的运算中间结果。