计算机组成与结构王爱英版第五讲

1.2 中央处理器
中央处理器（Central Processing Unit）
通常把控制器和运算器合称为中央处理器，工业生产中总是采用先进的超大规模集成电路技术来制造 处理器，即CPU芯片，又称为微处理器芯片，它是计算机的核心设备。它的性能（主要是工作速度和计算 精度）对计算机的整体性能有全面的影响。
（4）控制程序和数据的输入与结果输出 根据程序的安排或人工干预，在适当的时候向输入输出设备发出一些相应的指令来完成I/O功
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能，这实际上也是通过执行程序来完成。
2.1 控制器的功能
（5）对异常情况和某些请求的处理 当机器出现某些异常情况，诸如算术运算的溢出和数据传送的奇偶错等；或者某些外来请求， 诸如磁盘上的成批数据需送存储器或程序员从键盘送入命令等，此时由这些部件或设备发出中断 请求信号或NMA请求信号 1）“中断请求”信号。待CPU执行完当前指令后，想应该请求，中止当前执行的程序，转 去执行中断程序。当处理完毕后，再返回原程序继续执行下去 2）DWMindAow请s操求作信系号统 。等CPU完成当前机器周期操作后，暂停工作，让出总线给I/O设备，在 完成I/O设备与存储器之间的传送数据操作后，CPU从暂时中止的机器周期开始继续执行指令。 DMA操作不允许改变CPU中任意一寄存器状态（除DMA专用部件外），否则会影响CPU工作的 正确性。
2.分析指令
分析指令又W叫in解do释ws操指作令系、统 指令译码等。是对当前取得的指令进行分析，指出它要求做什么操作，并 产生相应的操作控制指令，如果参与操作的数据在存储器中，还需要形成操作数地址
（3）执行指令
根据分析指令时产生的“操作命令”和“操作数地址”形成相应的操作控制信号序列，通过CPU、 存储器及输入输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中还包括对运算结果的处理以及下一条指令地 址的形成。
02
控制器的组成
2.1 控制器的功能
计算机对信息进行处理（或计算）是通过程序的执行而实现的，程序要预先存放在存储器中，控制 器的作用是控制程序的执行，它必须具有以下基本功能：
1.取指令
当程序已在存储器中时，首先根据程序入口取出第一条指令，为此要发出指令地址及控制信号，然 后不断取出第2、3、···条指令。
微处理器已经无处不在，它不仅仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件。
根据未处理的应用领域，微处理器可分为：通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数字信号处理器、微控 制器3类
1.4 计算机工作原理
计算机的工作原理
计算机的基本原理是存储程序和程序控制。预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列（称为程 序）和原始数据通过输入设备送到计算机内存中。每一条指令明确规定了计算机从哪个地址取数，进行 什么操作、然后送到什么地址去等步骤。
计算机运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出 数据进行指定的运算和逻辑操作等加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指 令，在控制器的指挥下完成规定操作。依次进行下去，直至遇到停止指令
程序与数据一样存储，按程序编排的顺序，一步步地取出指令，自动完成指令规定操作，是计算机 的基本原理。
CPU品质的高低，直接决定了一个计算机系统的档次，反映CPU品质的最重要的指标是主频和数据 传送的位数。主频Wi说nd明ow了s操C作P系U统的工作速度，主频越高，CPU运算速度越快。CPU传送数据的位数是指计算 机在同一时间能同时并行传送的二进制信息位数。常说的16位机、32位机和64位机，是指计算机中的 CPU可以同时处理相应位数的二进制数。随着型号的不断更新，微机的性能也在不断提升。
计算机组成 第五讲
第五讲 中央处理器与存储系统
01 中央处理器概述
目录
CONTENTS
02 控制器的组成 03 存储系统
ຫໍສະໝຸດ Baidu
04 辅助存储器
01
中央处理器概述
1.1运算器与控制器
运算器概述
运算器由算述逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器和通用寄存器组等组成。算术逻辑单元的基本功能为加、减、 乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位和求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类 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。运算器 和控制器共同组成了CPU的核心部分。
1.3 微处理器
微处理器是用一片或几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。 微处理器与传统的中央处理器相比，具有体积小、质量小和容易模块化等优点。微处理器的基本组成部分有寄存 器堆、运算器、时序控制电路以及数据和地址总线。微处理器能完成读取指令、执行指令以及与外界存储器和逻 辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。
控制器概述
控制器是整W个ind计ow算s操机作系系统统的控制中心，它指挥计算机各部分协调的工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤 有条不紊地进行操作和处理。控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存储 位置等，然后根据分析的结果向其他部件发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。计算机自动工 作的过程，实际上是自动执行程序的过程，而程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它计算机实现“程序控 制”的主要设备。
中央处理器是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件，伴随着大规模集成电路技术的迅 速发展，芯片集成度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，中央具有中央处理器规模的大型集成电路器 件被称为微处理器。注意，微处理器本身并不等于微型计算机，仅仅是微型计算机的中央处理器。
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2.1 控制器的功能
计算机不断重复地顺序执行上述3种基本，取指、分析、执行，再取指、再分析、再执 行，·····，如此循环，知道遇到停机指令或外来的干预为止。
此外，程序和数据要输入机器，运算结果要输出，机器运行过程中出现的某种异常情况或请求 要进行处理，人与机器之间要进行对话，因此控制器还应该具有以下功能。