cpu的主要组成部分是什么

CPU由运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件组成。

中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

一、逻辑部件

英文Logic components；运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算 *** 作、移位 *** 作以及逻辑 *** 作，也可执行地址运算和转换。

二、寄存器

寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器 *** 作数和中间（或最终）的 *** 作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

三、控制部件

英文Control unit；控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个 *** 作的控制信号。

四、其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微 *** 作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微 *** 作，即可完成某条指令的执行。

简单指令是由（3～5）个微 *** 作组成，复杂指令则要由几十个微 *** 作甚至几百个微 *** 作组成。

CPU天梯图

● 指令控制

● *** 作控制

● 时序控制

● 数据加工

● 异常处理中断处理

● ALU

● 通用寄存器：R0~R3

● 暂存器：DR

● 指令cache：PC，IBUS

● 数据cache：AR，DBUS

● 程序计数器PC ：指令计数

● 指令寄存器IR ：存放当前正在执行的命令，并包含了指令译码器ID

● 数据缓冲寄存器DR

暂时存放ALU的运算结果

作用：中转站、补偿CPU和内存、外设之间的速度差别。

● 地址寄存器AR ：保存当前CPU所访问的 数存 中单元的 地址 。

● 累加寄存器AC

● 程序状态寄存器PSR

（1） 数据通路 ：CPU中寄存器及ALU之间的连接线路。

（2） *** 作控制器

● 硬布线控制器 ：主状态周期—节拍电位—节拍脉冲（已淘汰）

● 微程序控制器 ：节拍电位—节拍脉冲

（3）时序产生器：提供定时和时效信号

（1） 指令周期（主状态周期） ：取指令、分析指令到执行完该指令所需的时间

（2） 机器周期（节拍电位） ：亦称CPU周期，指令所需的最短时间为两个机器周期：取指周期和执行周期

（3） T周期(节拍脉冲)

中央处理器

1CPU的功能和组成

11CPU的功能

一旦把程序装入内存存储器，就可以由计算机来自动完成取出指令和执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中央处理器，通常简称CPU。

CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它有以下四方面的基本功能：

（1）指令控制 程序的顺序控制，称为指令系统。由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必有须严格按控制规定的顺序进行，因此，保证机器按顺序执行是CPU的基本任务。

（2） *** 作控制 一条指令的功能往往是由若干个 *** 作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生内存取出的每条指令的 *** 作信号，把各种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 *** 作实施时间上的定时，称为时间控制。因为在计算机中，各种指令的 *** 作信号均受到时间的严格定时。另一方面，一条指令的整个执行过程也受到时间的严格定时。只有这样，计算机才能有条不紊地自动工作。

（4）数据格式 所谓数据加工，就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，是CPU的基本任务。因为，原始信息只有加工处理后才能对人们有用。

12CPU的基本组成

传统的CPU由运算器和控制器两大部分组成。但随着技术进步，现在CPU的基本部分变成了运算器、cache和控制器三大部分。

（1）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。控制器的主要功能有：内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；对指令进行译码或测试，并产生相应的 *** 作控制信号，以便启动规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间的数据流动方向。

（2）运算器 由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲控制器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理的部件。相对于控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部 *** 作都是由控制器发出信号来指挥的，所以它是执行部件。运算器械有两个功能：执行所有的算术运算；执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如零测试值或两个值的比较。通常，一个算术 *** 作产生一个运算结果，而一个逻辑 *** 作则产生一个判决。

微程序设计技术是利用软件方法设计 *** 作控制器的一门技术，具有规范性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中得到了广泛应用，并取代了早期的硬布线技术。但随着VISI技术的发展和对机器速度的要求，硬布线逻辑思想又得到了重视。硬布线控制器的基本思想：某一微 *** 作控制信号是指令 *** 作码译码输出、时序信号和状态条件信号的逻辑函数，即用布尔代数写出逻辑表达式，然后用门电路、触发器等器件实现。

2指令周期

CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列的 *** 作，这一系列 *** 作所需的时间通常叫做一个指令周期。更简单地说，指令周期是取出并执行一条指令的时间。由于各种指令的 *** 作功能不同，有的简单，有的复杂，因此各种指令的指令周期是尽相同的。例如，一条访问指令的指令周期，同一条非访问指令的指令周期是不相同。

指令周期常常用若干个CPU周期数来表示，CPU周期也称为机器周期。由于CPU内部的 *** 作速度较快，而CPU访问一次内存所花的时间较长，因此通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。这就是说，一条指令的取出阶段（通常称为取指）需要一个CPU周期。而一个CPU周期时间又包含有若干时钟周期（通常称为节拍脉冲或T周期，它是处理 *** 作的最基本单位。）

3流水CPU

流水CPU是以时间并行为原理构造的处理器，这是一种非常经济而实用的并行技术。目前高性能处理器几乎无一例外地使用了流水技术。流水技术主要的问题是资源相关、数据相关和控制相关，为此采用相应的技术对策。才能保证流水线畅通而不断流。

现代流水计算机，其中CPU按流水线方式组织，通常由三大部分组成：指令部件、指令队列、执行部件。这三个功能部件可以组成一个3流水线。

指令部件本身又构成一个流水线，即指指令流水线，它由取指令、指令译码、计算机 *** 作数地址、取 *** 作数等几个过程段组成。

指令队列是一个先进先出（FIFO）的寄存器栈，用于存放经过译码的指令和取来的 *** 作数。它也是由若干个过程组成的流水线。

执行部件可以具有多少个算术逻辑运算部件，这些部件本身又用流水线方式构成。

为了使用储存器的存取时间能与流水线的其他各过程段的速度匹配，一般配采用多体交差存储器。

一个计算机系统可以在不同的并行等级上采用流水线技术。常见流水线形式有：

指令流水线 指指令步骤的并行。将指令流的处理过程分为取指令、译码、取 *** 作数、执行、写回等几个并行处理的过程段。目前，几乎所有的高性能计算机都采用了指令流水线。

算术流水线 指运算 *** 作步骤并行。如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等。

外理机流水线 又称宏流水线，是指程序步骤的并行。

4RISC CPU与多媒体CPU

RISC CPU是继承CISC的成功技术，并在克服CISC机器缺点的基础上发展起来 的。RISC机器的三个基本要素：（1）一个有限的简单指令集；（2）CPU配备大量的能用寄存器；（3）强调指令流水线的优化。注意，RISC机器一定是流水CPU，但是流水CPU不一定是RISC机器。

多媒体CPU是带MMX技术的处理器。MMX是一种多媒体扩展结构技术，特别适合于图像数据处理，极大提高了计算机在多媒体和通信应用的功能。多媒体CPU以新一代奔腾CPU为代表，开始采用单指令流多数据的新型结构。

CPU的制作过程：

硅片制备：所谓硅片制备是将硅从砂中提炼并纯化，然后是经过一系列特殊工艺产出适当直径的硅锭，然后再将硅锭切割成薄片。

硅片制造：这是微芯片制作的第二个阶段，裸露的硅片到达硅片厂，经过的清洗、成膜、光刻、掺杂等步骤。

硅片的测试/捡选：硅片制造完成后，要对每个芯片进行探测和电学测试，分出合格和不合格的的芯片。把有缺陷的芯片坐上标记，防止把有问题的芯片送给客户。

装配与封装：测试合格后的芯片，进行装配和封装的步骤，也就是把单个的芯片包装在保护壳内。

终测：这是芯片包装送给客户的最后一个工序，为了确保芯片的功能，要对每一个芯片进行集成电路测试，以满足各种参数和使用环境的要求。终测合格后，芯片被发送到用户手中。

CPU组成结构：

CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件，运算器和控制部件等。

运算逻辑部件

运算逻辑部件，可以执行定点或浮点算术运算 *** 作、移位 *** 作以及逻辑 *** 作，也可执行地址运算和转换。

寄存器部件

寄存器部件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。

通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令中的寄存器 *** 作数和 *** 作结果。

通用寄存器是中央处理器的重要组成部分，大多数指令都要访问到通用寄存器。通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度，其端口数目往往可影响内部 *** 作的并行性。

专用寄存器是为了执行一些特殊 *** 作所需用的寄存器。

控制寄存器通常用来指示机器执行的状态，或者保持某些指针，有处理状态寄存器、地址转换目录的基地址寄存器、特权状态寄存器、条件码寄存器、处理异常事故寄存器以及检错寄存器等。

有的时候，中央处理器中还有一些缓存，用来暂时存放一些数据指令，缓存越大，说明CPU的运算速度越快，目前市场上的中高端中央处理器都有2M左右的二级缓存，高端中央处理器有4M左右的二级缓存。

控制部件

控制部件，主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个 *** 作的控制信号。

其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微 *** 作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微 *** 作，即可完成某条指令的执行。

简单指令是由（3～5）个微 *** 作组成，复杂指令则要由几十个微 *** 作甚至几百个微 *** 作组成。

控制器（英文名称：controller）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、制动和反向的主令装置。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。

中文名

控制器

外文名

controller

作用

按照预定改变主电路或控制电路

设备

逻辑控制器和微程序控制器

特点

各有长处和短处

快速

导航

工作原理

常见种类

基本功能

主要分类

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。

工作原理

电磁吸盘控制器：交流电压380V经变压器降压后，经过整流器整流变成110V直流后经控制装置进入吸盘此时吸盘被充磁，退磁时通入反向电压线路，控制器达到退磁功能。

门禁控制器：门禁控制器工作在两种模式之下。一种是巡检模式，另一种是识别模式。在巡检模式下，控制器不断向读卡器发送查询代码，并接收读卡器的回复命令。这种模式会一直保持下去，直至读卡器感应到卡片。当读卡器感应到卡片后，读卡器对控制器的巡检命令产生不同的回复，在这个回复命令中，读卡器将读到的感应卡内码数据传送到门禁控制器，使门禁控制器进入到识别模式。在门禁控制器的识别模式下，门禁控制器分析感应卡内码，同设备内存储的卡片数据进行比对，并实施后续动作。门禁控制器完成接收数据的动作后，会发送命令回复读卡器，使读卡器恢复状态，同时，门禁控制器重新回到巡检模式。

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