中央處理器的物理結構

1、邏輯部件

英文(wen)Logic components；運(yun)算(suan)(suan)邏輯部(bu)件。可(ke)以執行定點或浮點算(suan)(suan)術運(yun)算(suan)(suan)操作、移位(wei)操作以及(ji)邏輯操作，也(ye)可(ke)執行地(di)址運(yun)算(suan)(suan)和轉換。

2、寄存器

寄(ji)存(cun)器(qi)部(bu)件(jian)，包括寄(ji)存(cun)器(qi)、專用寄(ji)存(cun)器(qi)和控(kong)制寄(ji)存(cun)器(qi)。 通用(yong)寄存(cun)(cun)器(qi)又可分定點(dian)數(shu)和浮點(dian)數(shu)兩類，它們用(yong)來保存(cun)(cun)指(zhi)令(ling)執(zhi)行(xing)過(guo)程中(zhong)臨時存(cun)(cun)放的(de)寄存(cun)(cun)器(qi)操(cao)作數(shu)和中(zhong)間（或最(zui)終）的(de)操(cao)作結果。 通用寄存器(qi)是(shi)中央(yang)處理器(qi)的重要(yao)部件之一。

3、控制部件

英文(wen)Control unit，控制(zhi)部(bu)件，主要是負責對(dui)指(zhi)令譯碼(ma)，并且發出為完成每條指(zhi)令所要執(zhi)行的各個操作的控制(zhi)信號(hao)。

其(qi)結構有兩(liang)種，一種是以微存儲為核(he)心的微程序控(kong)制方式(shi)(shi)；一種是以邏輯硬布(bu)線結構為主的控(kong)制方式(shi)(shi)。

微(wei)(wei)(wei)存儲中(zhong)保持(chi)微(wei)(wei)(wei)碼(ma)，每一(yi)(yi)(yi)個微(wei)(wei)(wei)碼(ma)對應于一(yi)(yi)(yi)個最基本(ben)的(de)(de)微(wei)(wei)(wei)操(cao)作，又稱微(wei)(wei)(wei)指(zhi)(zhi)令(ling)；各(ge)條指(zhi)(zhi)令(ling)是(shi)由不同序(xu)(xu)列的(de)(de)微(wei)(wei)(wei)碼(ma)組成(cheng)，這(zhe)種(zhong)微(wei)(wei)(wei)碼(ma)序(xu)(xu)列構成(cheng)微(wei)(wei)(wei)程(cheng)序(xu)(xu)。中(zhong)央處理(li)器在(zai)對指(zhi)(zhi)令(ling)譯碼(ma)以(yi)后，即(ji)(ji)發出一(yi)(yi)(yi)定時序(xu)(xu)的(de)(de)控制(zhi)信號，按給(gei)定序(xu)(xu)列的(de)(de)順序(xu)(xu)以(yi)微(wei)(wei)(wei)周期為節拍(pai)執行(xing)由這(zhe)些微(wei)(wei)(wei)碼(ma)確(que)定的(de)(de)若干個微(wei)(wei)(wei)操(cao)作，即(ji)(ji)可完成(cheng)某條指(zhi)(zhi)令(ling)的(de)(de)執行(xing)。

簡(jian)單指令是由（3～5）個微操作(zuo)組成，復雜指令則要由幾十個微操作(zuo)甚(shen)至幾百(bai)個微操作(zuo)組成。

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中央處理器的作用

CPU從存儲器(qi)或高(gao)速緩沖存儲器(qi)中(zhong)取出(chu)指(zhi)(zhi)令(ling)，放(fang)入指(zhi)(zhi)令(ling)寄存器(qi)，并(bing)對指(zhi)(zhi)令(ling)譯碼(ma)。它把指(zhi)(zhi)令(ling)分解成一系(xi)列(lie)的(de)(de)微操(cao)作(zuo)，然后發(fa)出(chu)各種控制(zhi)命令(ling)，執(zhi)行(xing)(xing)微操(cao)作(zuo)系(xi)列(lie)，從而完成一條指(zhi)(zhi)令(ling)的(de)(de)執(zhi)行(xing)(xing)。指(zhi)(zhi)令(ling)是(shi)計算(suan)機規定執(zhi)行(xing)(xing)操(cao)作(zuo)的(de)(de)類型和操(cao)作(zuo)數(shu)的(de)(de)基本命令(ling)。指(zhi)(zhi)令(ling)是(shi)由(you)一個(ge)(ge)字(zi)節或者多個(ge)(ge)字(zi)節組成，其中(zhong)包(bao)括操(cao)作(zuo)碼(ma)字(zi)段(duan)、一個(ge)(ge)或多個(ge)(ge)有(you)關操(cao)作(zuo)數(shu)地址的(de)(de)字(zi)段(duan)以及一些(xie)表征機器(qi)狀態的(de)(de)狀態字(zi)以及特征碼(ma)。有(you)的(de)(de)指(zhi)(zhi)令(ling)中(zhong)也直接包(bao)含操(cao)作(zuo)數(shu)本身。

1、提取

第一階段，提(ti)取(qu)，從存儲器(qi)或高速緩沖存儲器(qi)中(zhong)檢索指令（為數值(zhi)或一系(xi)列(lie)數值(zhi)）。由程序(xu)計數器(qi)（Program Counter）指定存儲器(qi)的位置。(程序計數器保存(cun)供識(shi)別(bie)程序位置的數值。換(huan)言之，程序計數器記錄了CPU在程序里的蹤跡。)

2、解碼

CPU根(gen)據存儲器(qi)提取(qu)到的(de)指(zhi)令來(lai)決定其執行(xing)(xing)行(xing)(xing)為。在解碼(ma)階(jie)段(duan)(duan)，指(zhi)令被拆解為有意義的(de)片(pian)段(duan)(duan)。根(gen)據CPU的指令集架構（ISA）定義將數值解譯為指令(ling)。一部分的指令(ling)數值為運算碼（Opcode），其指示(shi)要進(jin)行(xing)哪些運算。其它的(de)數(shu)值通常供(gong)給指令必要的(de)信息，諸如一個加法（Addition）運算(suan)(suan)的運算(suan)(suan)目標(biao)。

3、執行

在提取和解(jie)碼階段(duan)之后，緊接著進(jin)入執行階段(duan)。該階段(duan)中(zhong)，連(lian)接到各種能(neng)夠進(jin)行所需(xu)運算的CPU部件。

例如，要求一個加法運算(suan)，算(suan)術邏輯(ji)單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）將會連(lian)接到一(yi)組輸入和一(yi)組輸出。輸入提供了(le)要相加的數值(zhi)，而輸出將含有總(zong)和的結果。ALU內含電路系統(tong)，易于(yu)輸出端完成簡單的普(pu)通(tong)運算(suan)和邏輯運算(suan)（比如加法和位元運算(suan)）。如果加法運算(suan)產生一個(ge)對該CPU處理而(er)言(yan)過(guo)大的結果，在標志暫存器里可能會設置運算溢出（Arithmetic Overflow）標(biao)志。

4、寫回

最(zui)終階(jie)段，寫回(hui)(hui)，以(yi)一定格式將執行階(jie)段的結(jie)果(guo)簡單的寫回(hui)(hui)。運算結(jie)果(guo)經常被寫進CPU內部的(de)暫存器，以供隨后指(zhi)令快速存取(qu)。在(zai)其它案例中，運算(suan)結(jie)(jie)果可能(neng)寫進速度較慢，但容量(liang)較大且較便宜的(de)主記憶(yi)體(ti)中。某些(xie)類型的(de)指(zhi)令會操作程序計數器，而(er)不直(zhi)接產(chan)生結(jie)(jie)果。這些(xie)一般稱(cheng)作“跳轉”（Jumps），并在程(cheng)式中帶來(lai)循環行(xing)為(wei)、條件性執行(xing)（透過條件跳轉(zhuan)）和函式。許多指令(ling)會(hui)改變標(biao)(biao)(biao)志(zhi)暫存(cun)器的狀態位元。這些標(biao)(biao)(biao)志(zhi)可用來(lai)影響程(cheng)式行(xing)為(wei)，緣(yuan)由(you)于它(ta)們時常(chang)顯出各種運算結果。例如，以一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)“比較”指令(ling)判(pan)斷兩個(ge)(ge)(ge)(ge)值(zhi)大小(xiao)，根(gen)據比較結果在標(biao)(biao)(biao)志(zhi)暫存(cun)器上(shang)設置一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)數(shu)值(zhi)。這個(ge)(ge)(ge)(ge)標(biao)(biao)(biao)志(zhi)可藉由(you)隨后(hou)跳轉(zhuan)指令(ling)來(lai)決(jue)定(ding)程(cheng)式動向。在執行(xing)指令(ling)并寫回結果之后(hou)，程(cheng)序(xu)計數(shu)器值(zhi)會(hui)遞增，反(fan)覆整個(ge)(ge)(ge)(ge)過程(cheng)，下(xia)(xia)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)指令(ling)周期正常(chang)的提(ti)取下(xia)(xia)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)順序(xu)指令(ling)。