计算机硬件系统组成

（四）指令寄存器（IR） 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执
行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再 传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由 二进制数字组成。为了执行任何给定的指令，必须对操作 码进行测试，以便识别所要求的操作。 指令译码器就是 做这项工作的。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令 译码器的输入。操作码一经译码后，即可向操作控制器发 出具体操作的特定信号。
但是，当遇到转移指令如JMP指令时，那么后继指令 的地址（即PC的内容)必须从指令的地址段取得。在这种 情况下，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定， 而不是像通常一样按顺序来取得。因此程序计数器的结构 应当是具有寄存信息和计数两种功能的结构。
（二）地址寄存器（AR）： 地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地
CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有 如下四方面的基本功能：
（一）指令控制 程序的顺序控制称为指令控制。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，必须严格按程 序规定的顺序进行。
（二）操作控制 一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实
现的，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。
计算机硬件系统组成
控制器
运算器
高速缓存
总
主存储器
线
和
虚拟存储器
入 出
(磁盘设备)
接
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输入设备 输出设备
第6章 中央处理部件（CPU）
6.1 中央处理其结构 中央理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部
件， 由运算器、 控制器和寄存器 3 部分组成。运算器 用于完成数据的算术和逻辑运算。CPU内部的寄存器用来 暂存参加运算的操作数和运算结果。控制器通常由指令寄 存器、 指令译码器和控制电路组成。指令是一组二进制 编码信息，主要包括两个内容： 一是告诉计算机进行什 么操作；二是指出操作数或操作数地址。 控制电路根据 指令的要求向微型机各部件发出一系列相应的控制信息， 使它们协调有序地工作。
下 一 条 指
令
地
址
6.2 控制器 二、控制器的功能 （一）取指令： （二）分析指令： （三）执行指令： （四）I/O操作： （五）处理异常：
三、控制器的组成 根据对控制器的功能分析，得出控制器的基本组成如
下：
（一）程序计数器（PC）：
为了保证程序能够连续地执行下去，CPU必须具有某些 手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这 种作用，所以通常又称为指令计数器。在程序开始执行前， 必须将它的起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单 元地址送入PC，因此PC的内容即是从内存提取的第一条 指令的地址。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容， 以便使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，所以修改的过程通常只 是简单的对PC加1
再进一步说， 就是向计算机各功能部件发出 协调运行每一步所需要的控制信号
每条指令的执行步骤
—读取指令
指令地址送入主存地址寄存器
读主存，读出内容送入指定的寄存器
—分析指令
—按指令规定内容执行指令
不同指令的操作步骤数，
形
和具体操作内容差异很大
成
—检查有无中断请求 若有，则转中断处理
若无，则转入下一条指令的执行过程
（五）累加寄存器（AC）： 累加寄存器AC通常简称为累加器，它是一个通用寄
存器。其功能是：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行 算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。累加寄存器 暂时存放ALU运算的结果信息。显然，运算器中至少要有 一个累加寄存器。
目前CPU中的累加寄存器，多达16个，32个，甚至更 多。当使用多个累加器时，就变成通用寄存器堆结构，其 中任何一个可存放源操作数，也可存放结果操作数。在这 种情况下，需要在指令格式中对寄存器号加以编址。
第6章 中央处理部件（CPU）
6.1 中央处理其结构 一、结构框图
指
时
条
令
序
件
部
部
状
件
件
态
寄 存 器
控制信号 形成部件
CB
算逻 部件
DB
AB
二、各部件功能 当用计算机解决某个问题时，我们首先必须为它编写
程序。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 把程序装入内存储器，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 件就是中央处理器（CPU）。
（三）数据缓冲寄存器（DR）： 数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条
指令或一个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个 数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。
缓冲寄存器的作用是 (1)作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站； (2)补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别； (3)在单累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可兼 作为操作数寄存器。
（六）状态条件寄存器（PSW）： 状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测
试的结果建立的各种条件码内容，如运算结果进位标志 (C)，运算结果溢出标志(V)，运算结果为零标 志(Z)，运算 结果为负标志(N)等等。这些标志位通常分别由 1位触发器
址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所 以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/ 写操作完成为止
当CPU和内存进行信息交换，即CPU向内存存/取数据 时，或者CPU从内存中读出指令时，都要使用地址寄存器 和数据缓冲寄存器。同样，如果我们把外围设备的设备地 址作为象内存的地址单元那样来看待，那么，当CPU和外 围设备交换信息时，我们同样使用地址寄存器和数据缓冲 寄存器。
（三）时间控制 对各种操作实施时间上的定时称为时间控制。在计算
机中，各种指令的操作信号以及一条指令的整个执行过程 都受到时间的严格定时。
（四）数据加工 数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。
6.2 控制器 一、控制器的分类 微程序的控制器 硬布线的控制器
计算机的功能是执行程序 程序是依次排列起来的指令代码 控制器的功能就在于 正确且自动地连续执行指令 正确地分步完成每一条指令规定的功能