5.1.1 CPU的功能

程序是一个指令序列，这个序列明确告诉计算机应该执行什么操作，在什么地方找到用来操作的数据。

一旦程序进入内存储器，就可以由计算部件来自动完成取指令和执行指令，而CPU就是执行这样的功能。

CPU的四大基本功能：
指令控制、操作控制、时间控制、数据加工

1.指令控制

保证程序按顺序执行程序。

2.操作控制

程序是一个指令序列，一条指令的功能往往由若干个操作信号的组合来实现。

因此，CPU 管理并产生 由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

3.时间控制

对各种操作实施时间上的定时，称为时间控制。

4.数据加工

对数据进行算术运算和逻辑运算处理。

5.12 CPU的基本组成

CPU的基本部分变成了运算器（ALU，算术逻辑单元）、cache、控制器三大部分。

控制器

由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。

属于“决策机构”，完成协调和只会整个计算机系统的操作。

其主要功能：

(1):从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。

(2): 对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。

运算器

由ALU算术逻辑单元、通用寄存器、数据缓冲寄存器、状态字寄存器组成
有两个主要功能：
(1): 执行所有的算术运算。
(2): 执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。

5.12 CPU的主要寄存器

数据缓冲寄存器（DR）

指令寄存器（IR）

程序计数器（PC）

作用：确定下一条指令在内存中的地址。
当执行指令时，CPU会自动修改PC的内容，以便其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。
由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程中通常只是简单的对PC加1.

数据地址寄存器（AR）

通用寄存器（R0~R3）

状态字寄存器（PSW）

5.1.4 操作控制器与时序产生器

通常把许多寄存器之间传送信息的通路，称为数据通路。

操作控制器的功能：

根据指令操作码和时序信号（从主存取出指令，完成指令操作码译码），产生各种操作控制信号，以便正确地选择数据通路，把有关数据打到一个寄存器，从而完成取指令和执行指令的控制。

在各寄存器之间建立数据通路的任务，是由操作控制器来完成的。

操作控制器分成时序逻辑型和存储逻辑型两种。第一种称为硬布线控制器，第二种称为微程序控制器。

5.2 指令周期

5.2.1 指令周期的基本概念

指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。

CPU周期，称为机器周期，又称时钟周期，内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。

一个CPU周期又包含有若干个T周期。T周期为计算机操作的最小时间单位。

一条指令所需的最短时间为两个CPU周期。

单周期、多周期

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