【README】

本文總結自bilibili《計算機組成原理（哈工大劉宏偉）》的視頻講解，非常棒，墻裂推薦；

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【1】CPU結構

Cpu的首要功能就是解釋指令；功能列表如下：

• 1)?? ?取指令：從內存中讀取指令；
• 2)?? ?分析指令：對指令的操作碼部分進行解碼；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)?? ?執行指令： cpu控制器發出各種操作命令，由這些操作命令去控制相關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)?? ?控制器控制參數輸入及結果輸出；
• 5)?? ?總線管理： 對總線的控制權，使用權進行管理；
• 6)?? ?處理異常情況和特殊請求： 在程序執行過程中，控制器能夠對異常情況，或特殊請求進行及時處理；

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【2】cpu結構框圖

【2.1】總線功能列表

1)?? ?控制總線：雙向，由cpu向各個部件發出的控制命令，或外部設備向cpu提出的請求以及外部設備的狀態，可以通過控制總線來傳輸；
2)?? ?數據總線：雙向，由cpu向存儲器或外設寫出或讀入數據；
3)?? ?地址總線：單向， 由cpu發出，送給內存或外設接口；

【2.2】cpu內部結構

【2.2.1】寄存器

PC，程序計數器寄存器，存儲要取出的指令的地址；
IR，指令寄存器，從內存中取出指令，被放入到IR寄存器中；

。。。其他寄存器；

【2.2.2】控制單元CU

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

【2.2.3】ALU（算術邏輯運算單元）：

算術運算，邏輯運算都是在ALU中進行計算中；
另外在運算過程中，還需要寄存器，如2個操作數可能都保存在寄存器中，或運算結果也需要輸出到寄存器中；

【2.2.4】中斷系統

還需要中斷處理，所以需要中斷系統；

refer2 計算機中斷系統小結（cpu響應中斷）_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客_各中斷源如何向cpu提出中斷請求

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?【3】cpu的寄存器

?【3.1】用戶可見寄存器

1）?? ?通用寄存器：用于存放操作數，如8086cpu的AX，BX等；
2）?? ?數據寄存器：存放操作數，如有保存整數的寄存器，也有保存浮點數的寄存器；如把ACC寄存器和MQ寄存器拼接在一起用于保存兩個數相乘的積；
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，根據條件碼來判斷是否要跳轉執行指令；

補充：用戶可見的寄存器指的是 用戶在編寫程序的過程中，可以使用這些寄存器的值；

【3.2】控制和狀態寄存器

PC -> MAR -> M -> MDR ->IR? 講的是取指令的過程，其中

PC-程序計數器寄存器：保存了將要執行的下一條指令的地址；

MAR-主存（內存）地址寄存器：保存了訪問內存（訪存）的地址，從內存讀出或寫入內存某地址；

M：主存（內存）；

MDR-主存（內存）數據寄存器：保存了訪問內存（訪存）的數據，從內存的MAR指定的地址單元讀取的數據，或寫入到MAR指定的地址單元的數據；

IR：指令寄存器：存儲要執行的指令；（而PC存儲的下一條執行的地址）

步驟如下：

PC -> MAR ：PC（程序計數器寄存器）保存了下一條執行指令的地址，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指定的內存單元讀取數據（指令）到MDR

MDR ->IR? ：把讀取的數據（指令）從MDR 送入 IR；

寫到這里，本文擴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器；
3	CU把讀控制信號送到控制總線上；再由控制總線送到存儲器；
4	存儲器執行讀操作，把相應的數據送到數據總線；通過數據總線送到MDR； （這個時候，指令已經被取出到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備；

【補充】

狀態寄存器 ：反映了指令執行結果的情況或計算機的軟硬件狀態；
PSW： 程序狀態字寄存器（procedure state word）；

程序狀態字是什么？
在中斷或者是子程序調用過程中，為了能夠讓程序能夠正確返回斷點，返回斷點后，還能夠接著執行給定程序；在中斷前或轉子程序前，就需要保存程序的運行現場和斷點，包括了程序運行的軟硬件信息；這些軟硬件信息就可以保存在程序狀態字寄存器（它是一個大的寄存器）；

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【4】控制單元CU和中斷系統??

【4.1】控制單元CU

1）控制單元作用：產生全部指令在執行時所需要的微操作命令序列；

任何一條指令的執行，它會在cpu中譯碼；
根據它是一條什么樣的指令，或完成什么功能；要產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）控制器的設計方式

• 組合邏輯設計： 通過硬連線邏輯，如精簡指令集計算機 CISC；
• 微程序設計：存儲邏輯；適用于復雜指令的設計；

總結

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

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