基本介紹

cpu基本構(gòu)成

這是一個CPU的基本構(gòu)成，它主要分為兩個部分一個是運(yùn)算器，一個是控制器,下面的主要做一個簡單的了解。

我們先看運(yùn)算器。

這個是計算器用于實(shí)現(xiàn)計算的(廢話)。

這其中有4個部分組成分別是ACC(放數(shù)的)，MQ(放數(shù)的和用來乘除的)，X(放數(shù)的)，ALU(用來計算的)。

接著我們再來看控制器。

這相當(dāng)于CPU的大腦(好像怪怪的)。

CPU的控制器有三個部分組成，CU(控制單元用來分析指令的)，IR(存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令)，PC(計數(shù)器，用來讀取下一條指令)。

上面干巴巴的介紹說完了，實(shí)際上也很難記住，下面會有一個實(shí)際的例子，這樣會更加方面理解。

實(shí)際運(yùn)算過程

舉個栗子：

當(dāng)前C語言執(zhí)行了這樣一段代碼，那么CPU在運(yùn)行過程中是怎樣的一個過程呢?

一、首先整段代碼會被加載到內(nèi)存(主存儲器中)也就是下圖那樣。

二、此時CPU會通過控制器中的PC讀取存放在內(nèi)存中的指令，進(jìn)行分析和執(zhí)行(此時PC初始為0)。

cpu基本運(yùn)行原理

首先指令的存儲字長為16bit也就是16個2進(jìn)制數(shù)，但是在執(zhí)行的時候 系統(tǒng)會自動拆解成操作碼和地址碼。

第一步指令 從上面兩個操作來看，1-5的步驟都是一樣的就是通過pc這樣的計數(shù)器的順序的取指，唯一不同的就是從6開始的步驟，不僅是步驟和次數(shù)都不一樣這取決于指令本身。

來捋一下很簡單從最基本的邏輯來看就是PC(計數(shù)器)從零開始，將這個0傳給MAR也就是地址寄存器 說我們想要第0行的數(shù)據(jù)。

MAR則把存儲體中的第0行的數(shù)據(jù)找到通過MDR 柜臺給到指令寄存器IR。

此時IR中就存放著我們已經(jīng)取出來的還沒有執(zhí)行的數(shù)據(jù) 這個數(shù)據(jù)也就是我們的指令。

此時IR會將指令中的操作碼發(fā)送給CU 分析后得知這是一個取數(shù)的指令，然后IR將0行指令的地址碼發(fā)送給MAR (0000000101)也就是第5行的數(shù)據(jù) a=2 將這個值放在acc中。

第二步指令 上面這一些操作完成之后PC計數(shù)器就會自動加一，去除我們的第一行指令進(jìn)行執(zhí)行，而我們要計算的a*b的前面部分都是一樣的，直接從執(zhí)行操作碼開始。

CU分析之后發(fā)現(xiàn)是一個乘法指令，則將第1行的地址碼的數(shù)據(jù)也就是b=3放到MQ乘商寄存器中。

現(xiàn)在cpu已經(jīng)滿足了乘數(shù)和被乘數(shù)，cpu開始進(jìn)行乘法操作了，先將acc的a=2 被乘數(shù)放在x通用寄存器 通過ALU算術(shù)邏輯單元進(jìn)行乘法操作 并將結(jié)果放在ACC中。

(如果乘數(shù)太大則需要MQ的輔助)

接著是第三步 算加法 前面取數(shù)階段都是一樣的 不同的就是取出的c=1的值是放在通用寄存器x中的 然后控制單元CU 給ALU 發(fā)送消息 需要計算加法吧ACC和X中的值相加 再放到ACC中。

第四步指令 前面的取數(shù)也是一樣的,只是取得的操作碼通過CU分析為存數(shù)指令 將地址碼發(fā)送給MAR(地址為十進(jìn)制8) 將值發(fā)送給MDR(a*b+c) 將其存儲到存儲體中。

第五步指令 前面取數(shù)也是一樣的,取出的指令為停機(jī)指令。