中央處理器的物理結構

1、邏輯部件

英文(wen)Logic components；運(yun)算邏(luo)輯(ji)部件。可以(yi)執行定點(dian)或浮點(dian)算術(shu)運(yun)算操作(zuo)、移位操作(zuo)以(yi)及(ji)邏(luo)輯(ji)操作(zuo)，也可執行地址運(yun)算和(he)轉換。

2、寄存器

寄存(cun)器部件，包括寄存(cun)器、專用寄存(cun)器和控制寄存(cun)器。 通(tong)用(yong)寄存(cun)(cun)器(qi)又可分定點(dian)數和(he)浮點(dian)數兩類，它們用(yong)來保存(cun)(cun)指令執行過(guo)程中臨(lin)時存(cun)(cun)放(fang)的寄存(cun)(cun)器(qi)操作(zuo)數和(he)中間（或最終）的操作(zuo)結果。 通用寄存器是(shi)中央處理(li)器的重(zhong)要部(bu)件之一。

3、控制部件

英文Control unit，控制(zhi)部件，主要是負責對指令(ling)(ling)譯碼，并且發(fa)出為完成每條指令(ling)(ling)所要執(zhi)行的各個操作(zuo)的控制(zhi)信號。

其(qi)結構有兩(liang)種(zhong)，一(yi)種(zhong)是(shi)以(yi)微存儲為核(he)心的微程序(xu)控制方(fang)式；一(yi)種(zhong)是(shi)以(yi)邏輯硬布線結構為主的控制方(fang)式。

微(wei)(wei)(wei)(wei)存儲中保持微(wei)(wei)(wei)(wei)碼(ma)，每一個微(wei)(wei)(wei)(wei)碼(ma)對應于一個最(zui)基本的微(wei)(wei)(wei)(wei)操(cao)作(zuo)(zuo)，又稱微(wei)(wei)(wei)(wei)指(zhi)(zhi)(zhi)令(ling)(ling)；各條指(zhi)(zhi)(zhi)令(ling)(ling)是(shi)由(you)不同序(xu)列的微(wei)(wei)(wei)(wei)碼(ma)組成(cheng)(cheng)，這(zhe)種微(wei)(wei)(wei)(wei)碼(ma)序(xu)列構成(cheng)(cheng)微(wei)(wei)(wei)(wei)程序(xu)。中央處(chu)理器在對指(zhi)(zhi)(zhi)令(ling)(ling)譯碼(ma)以后，即發出(chu)一定(ding)時序(xu)的控制信(xin)號，按(an)給定(ding)序(xu)列的順序(xu)以微(wei)(wei)(wei)(wei)周期為節拍(pai)執(zhi)行由(you)這(zhe)些微(wei)(wei)(wei)(wei)碼(ma)確定(ding)的若干個微(wei)(wei)(wei)(wei)操(cao)作(zuo)(zuo)，即可(ke)完成(cheng)(cheng)某條指(zhi)(zhi)(zhi)令(ling)(ling)的執(zhi)行。

簡(jian)單指令是(shi)由（3～5）個微操(cao)作(zuo)組成(cheng)，復(fu)雜指(zhi)令則要(yao)由幾十個微操(cao)作(zuo)甚至(zhi)幾百個微操(cao)作(zuo)組成(cheng)。

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中央處理器的作用

CPU從(cong)存儲器或高速(su)緩沖存儲器中(zhong)取出指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)，放(fang)入(ru)指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)寄(ji)存器，并對指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)譯碼。它把指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)分解(jie)成(cheng)一系(xi)列(lie)的(de)(de)(de)微(wei)操(cao)作，然后發出各(ge)種控制(zhi)命令(ling)(ling)(ling)，執行(xing)微(wei)操(cao)作系(xi)列(lie)，從(cong)而完成(cheng)一條指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)的(de)(de)(de)執行(xing)。指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)是計(ji)算(suan)機(ji)規(gui)定執行(xing)操(cao)作的(de)(de)(de)類型和操(cao)作數的(de)(de)(de)基本命令(ling)(ling)(ling)。指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)是由一個字節或者多(duo)個字節組(zu)成(cheng)，其(qi)中(zhong)包括操(cao)作碼字段、一個或多(duo)個有(you)關操(cao)作數地(di)址(zhi)的(de)(de)(de)字段以(yi)及(ji)(ji)一些表(biao)征(zheng)機(ji)器狀態的(de)(de)(de)狀態字以(yi)及(ji)(ji)特征(zheng)碼。有(you)的(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)令(ling)(ling)(ling)中(zhong)也(ye)直接包含操(cao)作數本身。

1、提取

第(di)一階段，提取，從存(cun)儲(chu)器(qi)或高速緩沖存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)檢(jian)索指(zhi)令(ling)（為數值或一系列數值）。由程序計數器(qi)（Program Counter）指定存儲器的位置。(程(cheng)序(xu)計數器保存供識(shi)別(bie)程(cheng)序(xu)位置的數值。換言之，程(cheng)序(xu)計數器記(ji)錄了(le)CPU在程序里的蹤跡(ji)。)

2、解碼

CPU根據存儲器提取到的指令來(lai)決定其執行(xing)行(xing)為。在解(jie)碼階段(duan)，指令被(bei)拆解(jie)為有意義的片段(duan)。根據CPU的指令集架構（ISA）定義將數值解(jie)譯為指(zhi)令。一部(bu)分的(de)指(zhi)令數值為運算碼（Opcode），其(qi)指示要(yao)進行哪些運算。其(qi)它的數值通常供(gong)給指令必要(yao)的信息，諸如一(yi)個加法（Addition）運算(suan)的運算(suan)目標。

3、執行

在(zai)提(ti)取和解碼階段(duan)(duan)之后，緊接(jie)著進入執(zhi)行(xing)階段(duan)(duan)。該階段(duan)(duan)中，連接(jie)到各種能夠(gou)進行(xing)所需運算的CPU部件(jian)。

例如，要求一個加法運算，算術(shu)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）將(jiang)會連接(jie)到一組輸(shu)入和一組輸(shu)出。輸(shu)入提供了要相加的數值，而輸(shu)出將(jiang)含有總和的結果。ALU內(nei)含電路系統，易(yi)于輸出端完(wan)成簡單的普通(tong)運(yun)算(suan)(suan)和邏輯(ji)運(yun)算(suan)(suan)（比(bi)如加法和位元(yuan)運(yun)算(suan)(suan)）。如果加法運(yun)算(suan)(suan)產生(sheng)一個對該CPU處理而(er)言過大的(de)結果，在標志暫存器(qi)里可能會設置運算(suan)溢出（Arithmetic Overflow）標志。

4、寫回

最終階段，寫(xie)(xie)回，以(yi)一定(ding)格式(shi)將執行階段的(de)結果(guo)簡單的(de)寫(xie)(xie)回。運(yun)算結果(guo)經常被寫(xie)(xie)進CPU內部的暫存器，以供隨后(hou)指令快速存取(qu)。在其(qi)它(ta)案例中(zhong)，運算結果可能寫(xie)進(jin)速度(du)較慢(man)，但(dan)容量較大且較便宜(yi)的主(zhu)記憶(yi)體中(zhong)。某些類(lei)型的指令會(hui)操作程序計數器，而不直接產生結果。這些一般稱(cheng)作“跳轉”（Jumps），并(bing)在程式中帶來(lai)循環(huan)行為(wei)(wei)、條件(jian)性執(zhi)行（透過(guo)條件(jian)跳轉）和函式。許(xu)多指(zhi)(zhi)(zhi)令會改變(bian)標(biao)志(zhi)暫(zan)(zan)存器的狀態位(wei)元。這些(xie)標(biao)志(zhi)可用來(lai)影響程式行為(wei)(wei)，緣由于(yu)它們時常顯出各種(zhong)運(yun)算結果。例如，以(yi)一個(ge)“比(bi)較”指(zhi)(zhi)(zhi)令判(pan)斷兩個(ge)值(zhi)大小(xiao)，根據比(bi)較結果在標(biao)志(zhi)暫(zan)(zan)存器上設置一個(ge)數值(zhi)。這個(ge)標(biao)志(zhi)可藉由隨后(hou)跳轉指(zhi)(zhi)(zhi)令來(lai)決定程式動向。在執(zhi)行指(zhi)(zhi)(zhi)令并(bing)寫回結果之后(hou)，程序計數器值(zhi)會遞增，反覆整個(ge)過(guo)程，下一個(ge)指(zhi)(zhi)(zhi)令周期正(zheng)常的提取下一個(ge)順序指(zhi)(zhi)(zhi)令。