操作系统-CPU
2024-02-28 09:15:54 0 举报AI智能生成
计算机组成架构\CPU原理\CPU缓存\伪共享\软中断\CPU调度\等待队列\用户态和内核态\内核
作者其他创作
大纲/内容
结构
分支主题
1、运算器
作用
运算器是计算机中用于实现数据加工处理等功能的部件，它接受控制器的命令，负责完成对操作数据的加工处理任务，其核心部件是算术逻辑单元
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操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件
重要角色
1. 算术逻辑单元（ALU）
这个是运算器中重要的一个组成，主要负责的就是对数据的处理，从而实现对数据的算术和逻辑运算。
2. 累计寄存器（AC）
累加寄存器通常简称累加器（Accumulator，AC），是一个通用寄存器
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，可以为ALU暂时保存一个操作数或运算结果
3. 数据缓冲寄存器（DR）
数据寄存器（Data Register，DR）主要作为CPU和主存、外设之间信息传输的中转站，用以弥补CPU和主存、外设之间操作速度上的差异
数据寄存器用来暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向主存存入一个数据字时，也暂时将它们存放在数据寄存器中
作用
作为CPU和主存、外围设备之间信息传送的中转站
弥补CPU和主存、外围设备之间在操作速度上的差别
在单累加器结构的运算器中，数据寄存器还可兼作操作数寄存器
4. 状态条件寄存器（PSW）
程序状态字（Program Status Word，PSW）用来表征当前运算的状态及程序的工作方式
程序状态字寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果所建立起来的各种条件码内容，如运算结果进/借位标志(C)、运算结果溢出标志（O)、运算结果为零标志(Z)、运算结果为负标志(N)、运算结果符号标志（S）等，这些标志位通常分别用1位触发器来保存
程序状态字寄存器还保存中断和系统工作状态等信息，以便CPU和系统及时了解机器运行状态和程序运行状态
程序状态字寄存器是一个保存各种状态条件标志的寄存器
2、控制器
作用
控制器是整个计算机系统的指挥中心
在控制器的指挥控制下，运算器、存储器和输入/输出设备等部件协同工作，构成了一台完整的通用计算机
控制器根据程序预定的指令执行顺序，从主存取出一条指令，按该指令的功能，用硬件产生所需的带有时序标志的一系列微操作控制信号，控制计算机内各功能部件的操作，协调和指挥整个计算机完成指令的功能
关注点
1. 指令寄存器（IR）
指令寄存器（Instruction Register，IR）用来保存当前正在执行的一条指令。
当执行一条指令时，先把该指令从主存读取到数据寄存器中，然后再传送至指令寄存器。
一条指令被划分为操作码和地址码2个字段。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（Instruction Decoder，ID）就是完成这项工作的。
指令译码器对来自指令寄存器的操作码部分进行译码，以产生操作性质的控制电位，并将其送到微操作控制线路上，在时序部件定时信号作用下，产生具体的操作控制信号。
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。
2. 程序计数器（PC）
程序计数器（Program Counter，PC）用来指出下一条指令在主存储器中的单元地址。
它保存着下一条要执行的指令，也就是说当一个程序要执行的时候，会把这个程序的起始地址存到这个PC中，如果这个指令被执行的话也不用担心，CPU会自动修改，使得PC存放下一条要执行的指令。
3. 地址寄存器（AR）
地址寄存器（Address Register，AR）用来保存CPU当前所访问的主存单元的地址。
由于在主存和CPU之间存在操作速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来暂时保存主存的地址信息，直到主存的存取操作完成为止。
当CPU和主存进行信息交换，即CPU向主存存入/取出数据时，或者CPU从主存中读出指令时，都要使用地址寄存器和数据寄存器。
如果我们把外围设备的设备地址作为像主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，我们同样要使用地址寄存器和数据寄存器。
4. 指令译码器（ID）
指令译码器（Instruction Decoder，ID）指令分为操作码和地址码两部分，为了能执行任何给定的指令，必须对操作码进行分析，以便识别所完成的操作
ID就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能
3、存储设备
4、输入输出设备
模块
分支主题
实现原理
分支主题
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