计算机组成原理问题

计算机组成原理是计算机应用和计算机软件专业以及其他相关专业必修的专业基础课，它主要讨论计算机各组成部件的基本概念、基本结构、工作原理及设计方法。教学实践证明，通过对该课程的学习，对于建立整机概念，研究各功能部件的相互连接与相互作用，进行各功能部件的逻辑设计，都有着重要的意义。 组成原理是计算机类专业的一门主干必修课程，它以层次结构的观点来叙述计算机各主要功能部件及组成原理；以数据信息和控制信息的表示、处理为主线来组织教学。课程内容按横向方式组织，即不是自始至终介绍某一特定计算机的组成和工作原理，而是从一般原理出发，结合实例加以说明。 其主要内容有：（1）概论，对计算机的发展、应用和特性作一概述，并简单介绍了计算机系统的两大部分——硬件、软件及计算机系统的层次结构；（2）运算方法和运算器，介绍数值数据和非数值数据的表示方法，定点数和浮点数的四则运算、逻辑运算及运算器的组成和工作原理；（3）存储系统，主要介绍半导体存储器工作原理、寻址方式、与CPU的互连的方法，以及存储系统的多级结构；（4）指令系统，介绍指令系统的发展与性能要求、指令格式的分析以及指令和数据的寻址方式；（5）中央处理器，介绍了组合逻辑控制器、微程序控制器的设计原理和设计方法、指令周期的概念及时序产生器的原理及其控制方式；（6）系统总线，介绍了三种总线结构及接口的概念，总线控制的三种方式和通信的两种方式；（7）输入输出系统，介绍了计算机系统中主机与外部设备之间的信息交换方式，重点介绍中断处理方式以及DMA方式。

CPU（中央处理器）一般指中央处理器。中央处理器（central processing unit，简称CPU）作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。

CPU出现于大规模集成电路时代，处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。

从最初专用于数学计算到广泛应用于通用计算，从4位到8位、16位、32位处理器，最后到64位处理器，从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现，CPU 自诞生以来一直在飞速发展。

核心部分：

1、运算器

运算器是指计算机中进行各种算术和逻辑运算 *** 作的部件， 其中算术逻辑单元是中央处理核心的部分。

（1）算术逻辑单元（ALU）。算术逻辑单元是指能实现多组 算术运算与逻辑运算的组合逻辑电路，其是中央处理中的重要组成部分。算术逻辑单元的运算主要是进行二位元算术运算，如加法、减法、乘法。

在运算过程中，算术逻辑单元主要是以计算机指令集中执行算术与逻辑 *** 作，通常来说，ALU能够发挥直接读入读出的作用，具体体现在处理器控制器、内存及输入输出设备等方面，输入输出是建立在总线的基础上实施。输入指令包含一 个指令字，其中包括 *** 作码、格式码等。

（2）中间寄存器（IR）。其长度为 128 位，其通过 *** 作数来决定实际长度。IR 在“进栈并取数”指令中发挥重要作用，在执行该指令过程中，将ACC的内容发送于IR，之后将 *** 作数取到ACC，后将IR内容进栈。

（3）运算累加器（ACC）。当前的寄存器一般都是单累加器，其长度为128位。对于ACC来说，可以将它看成可变长的累加器。在叙述指令过程中，ACC长度的表示一般都是将ACS的值作为依据，而ACS长度与 ACC 长度有着直接联系，ACS长度的加倍或减半也可以看作ACC长度加倍或减半。

（4）描述字寄存器（DR）。其主要应用于存放与修改描述字中。DR的长度为64位，为了简化数据结构处理，使用描述字发挥重要作用。

（5）B寄存器。其在指令的修改中发挥重要作用，B 寄存器长度为32位，在修改地址过程中能保存地址修改量，主存地址只能用描述字进行修改。指向数组中的第一个元素就是描述字， 因此，访问数组中的其它元素应当需要用修改量。

对于数组成来说，其是由大小一样的数据或者大小相同的元素组成的，且连续存储，常见的访问方式为向量描述字，因为向量描述字中的地址为字节地址。

所以，在进行换算过程中，首先应当进行基本地址 的相加。对于换算工作来说，主要是由硬件自动实现，在这个过程中尤其要注意对齐，以免越出数组界限。

2、控制器

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和 改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动与反向的主令装置。

控制器由程序状态寄存器PSR，系统状态寄存器SSR， 程序计数器PC，指令寄存器等组成，其作为“决策机构”，主要任务就是发布命令，发挥着整个计算机系统 *** 作的协调与指挥作用。

控制的分类主要包括两种，分别为组合逻辑控制器、微程序控制器，两个部分都有各自的优点与不足。其中组合逻辑控制器结构相对较复杂，但优点是速度较快；微程序控制器设计的结构简单，但在修改一条机器指令功能中，需对微程序的全部重编。

CPU是由运算器和控制器这两个部分组成的。

1、运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑 *** 作，以及移位、求补等 *** 作。

计算机运行时，运算器的 *** 作和 *** 作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。

2、控制器分组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。

微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；

要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。具体对比如下：组合逻辑控制器又称硬布线控制器，由逻辑电路构成，完全靠硬件来实现指令的功能。

CPU主要功能：

1、顺序控制：这是指控制程序中指令的执行顺序。程序中的各指令之间是有严格顺序的，必须严格按程序规定的顺序执行，才能保证计算机工作的正确性。

2、 *** 作控制：一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一系列的 *** 作来实现的。CPU要根据指令的功能，产生相应的 *** 作控制信号，发给相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

3、时间控制：就是对各种 *** 作实施时间上的定时。在一条指令的执行过程中，在什么时间做什么 *** 作均应受到严格的控制。只有这样，计算机才能有条不紊地自动工作。

4、数据加工：即对数据进行算术运算和逻辑运算，或进行其他的信息处理。

参考资料来源：百度百科--CPU

CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成。

相关介绍：

CPU主要包括两个部分即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。

运算器的基本 *** 作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑 *** 作，以及移位、比较和传送等 *** 作，亦称算术逻辑部件（ALU）。

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 *** 作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的 *** 作。

扩展资料

CPU出现于大规模集成电路时代，处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。

从最初专用于数学计算到广泛应用于通用计算，从4位到8位、16位、32位处理器，最后到64位处理器。现代处理器进一步引入了诸如并行化、多核化、虚拟化以及远程管理系统等功能，不断推动着上层信息系统向前发展。

参考资料来源：百度百科-中央处理器

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