【README】

本文總結(jié)自bilibili《計(jì)算機(jī)組成原理（哈工大劉宏偉）》的視頻講解，非常棒，墻裂推薦；

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【1】CPU結(jié)構(gòu)

Cpu的首要功能就是解釋指令；功能列表如下：

• 1)?? ?取指令：從內(nèi)存中讀取指令；
• 2)?? ?分析指令：對(duì)指令的操作碼部分進(jìn)行解碼；分析這條指令要完成什么功能，是指令集中的哪一條指令；
• 3)?? ?執(zhí)行指令： cpu控制器發(fā)出各種操作命令，由這些操作命令去控制相關(guān)部件去完成指令要求的操作；（這些操作命令有一定的先后順序）；
• 4)?? ?控制器控制參數(shù)輸入及結(jié)果輸出；
• 5)?? ?總線管理： 對(duì)總線的控制權(quán)，使用權(quán)進(jìn)行管理；
• 6)?? ?處理異常情況和特殊請(qǐng)求： 在程序執(zhí)行過(guò)程中，控制器能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r，或特殊請(qǐng)求進(jìn)行及時(shí)處理；

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【2】cpu結(jié)構(gòu)框圖

【2.1】總線功能列表

1)?? ?控制總線：雙向，由cpu向各個(gè)部件發(fā)出的控制命令，或外部設(shè)備向cpu提出的請(qǐng)求以及外部設(shè)備的狀態(tài)，可以通過(guò)控制總線來(lái)傳輸；
2)?? ?數(shù)據(jù)總線：雙向，由cpu向存儲(chǔ)器或外設(shè)寫(xiě)出或讀入數(shù)據(jù)；
3)?? ?地址總線：單向， 由cpu發(fā)出，送給內(nèi)存或外設(shè)接口；

【2.2】cpu內(nèi)部結(jié)構(gòu)

【2.2.1】寄存器

PC，程序計(jì)數(shù)器寄存器，存儲(chǔ)要取出的指令的地址；
IR，指令寄存器，從內(nèi)存中取出指令，被放入到IR寄存器中；

。。。其他寄存器；

【2.2.2】控制單元CU

操作控制和實(shí)際控制：這兩部分需要控制單元CU，由控制單元對(duì)指令進(jìn)行譯碼，譯碼之后，在給定時(shí)刻給出給定的操作命令；

【2.2.3】ALU（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元）：

算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算都是在ALU中進(jìn)行計(jì)算中；
另外在運(yùn)算過(guò)程中，還需要寄存器，如2個(gè)操作數(shù)可能都保存在寄存器中，或運(yùn)算結(jié)果也需要輸出到寄存器中；

【2.2.4】中斷系統(tǒng)

還需要中斷處理，所以需要中斷系統(tǒng)；

refer2 計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)小結(jié)（cpu響應(yīng)中斷）_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客_各中斷源如何向cpu提出中斷請(qǐng)求

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?【3】cpu的寄存器

?【3.1】用戶(hù)可見(jiàn)寄存器

1）?? ?通用寄存器：用于存放操作數(shù)，如8086cpu的AX，BX等；
2）?? ?數(shù)據(jù)寄存器：存放操作數(shù)，如有保存整數(shù)的寄存器，也有保存浮點(diǎn)數(shù)的寄存器；如把ACC寄存器和MQ寄存器拼接在一起用于保存兩個(gè)數(shù)相乘的積；
3）?? ?地址寄存器：保存地址，如8086cpu中的段寄存器，如段基址，堆棧指針寄存器SP；
4）?? ?條件碼寄存器：存放條件碼，根據(jù)條件碼來(lái)判斷是否要跳轉(zhuǎn)執(zhí)行指令；

補(bǔ)充：用戶(hù)可見(jiàn)的寄存器指的是 用戶(hù)在編寫(xiě)程序的過(guò)程中，可以使用這些寄存器的值；

【3.2】控制和狀態(tài)寄存器

PC -> MAR -> M -> MDR ->IR? 講的是取指令的過(guò)程，其中

PC-程序計(jì)數(shù)器寄存器：保存了將要執(zhí)行的下一條指令的地址；

MAR-主存（內(nèi)存）地址寄存器：保存了訪問(wèn)內(nèi)存（訪存）的地址，從內(nèi)存讀出或?qū)懭雰?nèi)存某地址；

M：主存（內(nèi)存）；

MDR-主存（內(nèi)存）數(shù)據(jù)寄存器：保存了訪問(wèn)內(nèi)存（訪存）的數(shù)據(jù)，從內(nèi)存的MAR指定的地址單元讀取的數(shù)據(jù)，或?qū)懭氲組AR指定的地址單元的數(shù)據(jù)；

IR：指令寄存器：存儲(chǔ)要執(zhí)行的指令；（而PC存儲(chǔ)的下一條執(zhí)行的地址）

步驟如下：

PC -> MAR ：PC（程序計(jì)數(shù)器寄存器）保存了下一條執(zhí)行指令的地址，把下一條指令地址送入到MAR；

MAR -> M ：MAR中的指令地址送入到地址總線，地址總線再送入到主存；

M -> MDR：從主存的MAR指定的內(nèi)存單元讀取數(shù)據(jù)（指令）到MDR

MDR ->IR? ：把讀取的數(shù)據(jù)（指令）從MDR 送入 IR；

寫(xiě)到這里，本文擴(kuò)展性的給出取指令的步驟（干貨）：

步驟	描述
1	PC把下一條指令的內(nèi)存地址送入MAR；
2	MAR把地址送到地址總線，再由地址總線送到存儲(chǔ)器；
3	CU把讀控制信號(hào)送到控制總線上；再由控制總線送到存儲(chǔ)器；
4	存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線；通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到MDR； （這個(gè)時(shí)候，指令已經(jīng)被取出到cpu了，并保持到MDR寄存器中）
5	MDR把指令送到IR中；
6	CU把PC加1（得到下一條指令的地址）；為下一條指令的取指操作做準(zhǔn)備；

【補(bǔ)充】

狀態(tài)寄存器 ：反映了指令執(zhí)行結(jié)果的情況或計(jì)算機(jī)的軟硬件狀態(tài)；
PSW： 程序狀態(tài)字寄存器（procedure state word）；

程序狀態(tài)字是什么？
在中斷或者是子程序調(diào)用過(guò)程中，為了能夠讓程序能夠正確返回?cái)帱c(diǎn)，返回?cái)帱c(diǎn)后，還能夠接著執(zhí)行給定程序；在中斷前或轉(zhuǎn)子程序前，就需要保存程序的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)，包括了程序運(yùn)行的軟硬件信息；這些軟硬件信息就可以保存在程序狀態(tài)字寄存器（它是一個(gè)大的寄存器）；

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【4】控制單元CU和中斷系統(tǒng)??

【4.1】控制單元CU

1）控制單元作用：產(chǎn)生全部指令在執(zhí)行時(shí)所需要的微操作命令序列；

任何一條指令的執(zhí)行，它會(huì)在cpu中譯碼；
根據(jù)它是一條什么樣的指令，或完成什么功能；要產(chǎn)生完成這些功能所需的微操作命令及序列（保證微操作命令的順序）；

2）控制器的設(shè)計(jì)方式

• 組合邏輯設(shè)計(jì)： 通過(guò)硬連線邏輯，如精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) CISC；
• 微程序設(shè)計(jì)：存儲(chǔ)邏輯；適用于復(fù)雜指令的設(shè)計(jì)；

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的8.1-CPU结构（学习笔记）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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