CPU的基本介紹及實(shí)際運(yùn)算過(guò)程

基本介紹

cpu基本構(gòu)成

這是一個(gè)CPU的基本構(gòu)成，它主要分為兩個(gè)部分一個(gè)是運(yùn)算器，一個(gè)是控制器,下面的主要做一個(gè)簡(jiǎn)單的了解。

我們先看運(yùn)算器。

這個(gè)是計(jì)算器用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算的(廢話)。

這其中有4個(gè)部分組成分別是ACC(放數(shù)的)，MQ(放數(shù)的和用來(lái)乘除的)，X(放數(shù)的)，ALU(用來(lái)計(jì)算的)。

接著我們?cè)賮?lái)看控制器。

這相當(dāng)于CPU的大腦(好像怪怪的)。

CPU的控制器有三個(gè)部分組成，CU(控制單元用來(lái)分析指令的)，IR(存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令)，PC(計(jì)數(shù)器，用來(lái)讀取下一條指令)。

上面干巴巴的介紹說(shuō)完了，實(shí)際上也很難記住，下面會(huì)有一個(gè)實(shí)際的例子，這樣會(huì)更加方面理解。

實(shí)際運(yùn)算過(guò)程

舉個(gè)栗子：

當(dāng)前C語(yǔ)言執(zhí)行了這樣一段代碼，那么CPU在運(yùn)行過(guò)程中是怎樣的一個(gè)過(guò)程呢?

一、首先整段代碼會(huì)被加載到內(nèi)存(主存儲(chǔ)器中)也就是下圖那樣。

二、此時(shí)CPU會(huì)通過(guò)控制器中的PC讀取存放在內(nèi)存中的指令，進(jìn)行分析和執(zhí)行(此時(shí)PC初始為0)。

cpu基本運(yùn)行原理

首先指令的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為16bit也就是16個(gè)2進(jìn)制數(shù)，但是在執(zhí)行的時(shí)候 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)拆解成操作碼和地址碼。

第一步指令 從上面兩個(gè)操作來(lái)看，1-5的步驟都是一樣的就是通過(guò)pc這樣的計(jì)數(shù)器的順序的取指，唯一不同的就是從6開(kāi)始的步驟，不僅是步驟和次數(shù)都不一樣這取決于指令本身。

來(lái)捋一下很簡(jiǎn)單從最基本的邏輯來(lái)看就是PC(計(jì)數(shù)器)從零開(kāi)始，將這個(gè)0傳給MAR也就是地址寄存器 說(shuō)我們想要第0行的數(shù)據(jù)。

MAR則把存儲(chǔ)體中的第0行的數(shù)據(jù)找到通過(guò)MDR 柜臺(tái)給到指令寄存器IR。

此時(shí)IR中就存放著我們已經(jīng)取出來(lái)的還沒(méi)有執(zhí)行的數(shù)據(jù) 這個(gè)數(shù)據(jù)也就是我們的指令。

此時(shí)IR會(huì)將指令中的操作碼發(fā)送給CU 分析后得知這是一個(gè)取數(shù)的指令，然后IR將0行指令的地址碼發(fā)送給MAR (0000000101)也就是第5行的數(shù)據(jù) a=2 將這個(gè)值放在acc中。

第二步指令 上面這一些操作完成之后PC計(jì)數(shù)器就會(huì)自動(dòng)加一，去除我們的第一行指令進(jìn)行執(zhí)行，而我們要計(jì)算的a*b的前面部分都是一樣的，直接從執(zhí)行操作碼開(kāi)始。

CU分析之后發(fā)現(xiàn)是一個(gè)乘法指令，則將第1行的地址碼的數(shù)據(jù)也就是b=3放到MQ乘商寄存器中。

現(xiàn)在cpu已經(jīng)滿足了乘數(shù)和被乘數(shù)，cpu開(kāi)始進(jìn)行乘法操作了，先將acc的a=2 被乘數(shù)放在x通用寄存器 通過(guò)ALU算術(shù)邏輯單元進(jìn)行乘法操作 并將結(jié)果放在ACC中。

(如果乘數(shù)太大則需要MQ的輔助)

接著是第三步 算加法 前面取數(shù)階段都是一樣的 不同的就是取出的c=1的值是放在通用寄存器x中的 然后控制單元CU 給ALU 發(fā)送消息 需要計(jì)算加法吧ACC和X中的值相加 再放到ACC中。

第四步指令 前面的取數(shù)也是一樣的,只是取得的操作碼通過(guò)CU分析為存數(shù)指令 將地址碼發(fā)送給MAR(地址為十進(jìn)制8) 將值發(fā)送給MDR(a*b+c) 將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)體中。

第五步指令 前面取數(shù)也是一樣的,取出的指令為停機(jī)指令。