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一、什么是處理器
處理器(Processor)是計算機最重要的核心部件之一,它的基本作用就是控制、監控、指揮其它各部分,決定計算機系統的速度、效能和帶寬大小,總是一臺計算機系統中最重要的硬件部件。芯片和處理器是計算機系統內能讓計算機系統和其他硬件溝通,其中CPU掌控著系統在操作,執行程序中所有功能,要完成工作很必須依靠其負責運行程序。
處理器具有執行指令、操作數據、分析和處理數據、控制整個系統的能力,大多由一個主塊和若干的子塊組成,它們都有自己的功能,主塊負責控制。處理器由一組芯片或集成電路,它們在引腳上有規定的信號,有的信號連接到芯片的內部指令緩沖器,有的信號連接到不同類型的寄存器,有的信號連接到主機內部的總線系統。處理器內部有該控制芯片與不同周邊芯片連接的內部總線,便于連接到內存和外部設備,而外部設備則需要由處理器來控制,處理器就成為計算機最核心的部件。
處理器一般包含很多組件,如指令控制單元(Instruction Control Unit),指令緩存,指令尋址,指令運算,管線操作等;字長(word length),指令格式等;運行控制,故障處理,定時器,接口等。這些組件構成了處理器的整體,能很好地實現其功能,處理器根據不同程序之間的差異,運行起不同的處理指令,完成特定功能,對計算機系統的運行速度也有很大的作用,尤其是對大型復雜的系統中的硬件的速度的管理及復雜的邏輯,處理器的速度就發揮著極重要的作用。
二、處理器3大模塊
1、控制單元
控制單元是整個CPU的指揮控制中心,由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等,對協調整個電腦有序工作極為重要。它根據用戶預先編好的程序,依次從存儲器中取出各條指令,放在指令寄存器IR中,通過指令譯碼(分析)確定應該進行什么操作,然后通過操作控制器OC,按確定的時序,向相應的部件發出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節拍脈沖發生器、控制矩陣、時鐘脈沖發生器、復位電路和啟停電路等控制邏輯。
2、運算單元
是運算器的核心。可以執行算術運算(包括加減乘數等基本運算及其附加運算)和邏輯運算(包括移位、邏輯測試或兩個值比較)。相對控制單元而言,運算器接受控制單元的命令而進行動作,即運算單元所進行的全部操作都是由控制單元發出的控制信號來指揮的,所以它是執行部件。
3、存儲單元
包括CPU片內緩存和寄存器組,是CPU中暫時存放數據的地方,里面保存著那些等待處理的數據,或已經處理過的數據,CPU訪問寄存器所用的時間要比訪問內存的時間短。采用寄存器,可以減少CPU訪問內存的次數,從而提高了CPU的工作速度。但因為受到芯片面積和集成度所限,寄存器組的容量不可能很大。寄存器組可分為專用寄存器和通用寄存器。專用寄存器的作用是固定的,分別寄存相應的數據。而通用寄存器用途廣泛并可由程序員規定其用途,通用寄存器的數目因微處理器而異。
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