中央处理器的组成及工作过程

一、中央处理器的基本功能和基本组成概述

中央处理器简称CPU（CentralProcessingUnit）。

CPU呈矩形或正方形，通过引脚与主板相连。

CPU内部各单元之间信号传输的线路称为片内总线。

CPU与主存储器和I/O设备之间信号传输的线路称为

片外总线。3.2中央处理器的组成与工作过程

3.2CPU的众多引脚包括：电源引脚（VCC、GND）数据引脚 若数据引脚有8根，则可将其命名为D0/D1/…/D7；

若数据引脚有16根，则可命名为 D0/D1/…/D15，依

此类推。地址引脚 若地址引脚有10根，则可将其命名为A0/A1/…/A9，

该CPU的访存空间为210=1K，依此类推。

为节省引脚，有时会将2种不会同时起作用的功能

复用在同一物理引脚上。3.2

控制引脚

常见的控制引脚有时钟CLK、读命令RD、写命令 WR、复位RESET、总线请求HRQ、总线允

许HLDA、中断请求INTR、中断响应INTA等。3.2

CPU的基本功能

CPU（计算机）工作的实质就是周而复始地执行指令，其基本功能包括取指令、分析指令、取数据、处理数据、写回结果。

(1)取指令

CPU根据PC给出的地址访问主存储器，取出指令，将其存放至指令寄存器IR，然后PC加1。3.2 (2)分析指令

CPU将IR中的操作码部分送入指令译码器进行译码,根据译码结果判断指令的功能、操作数的寻址方式以及数据类型，形成源操作数和目的操作数的有效地址。

(3)取数据 根据源操作数的有效地址访问主存，取出源操作数，源操作数将被送入处理器内部的数据寄存器，如累加器ACC。3.2 (4)处理数据

CPU将源操作数送入运算器，并根据指令译码结果启动运算器的相应操作对数据进行处理，处理结果存至通用寄存器。

(5)写回结果 如果指令要求将结果写回主存，那么处理器将根据目的操作数的地址，将目的操作数写入主存。

3.2CPU的基本组成寄存器组ALU

中断系统CUCPU地址引脚数据引脚控制引脚CPU结构框图3.2CPU的内部结构片内总线寄存器组CU

算术和布尔逻辑取反移位状态标志ALU控制信号…中断系统3.2

算术逻辑单元ALUALU采用组合逻辑电路输入输出均可配备锁存器Ki为操作命令信号，针对Ki的不同取值，Fi不同运算结果可能影响各种标志位ALUAiBiFi…Ki3.2用户可见寄存器通用寄存器CPU的寄存器组存放操作数也可作某种寻址方式所需的寄存器数据寄存器存放操作数（满足各种数据类型）两个寄存器拼接存放双倍字长数据地址寄存器存放地址，其位数应满足最大的地址范围针对某种寻址方式，如基址、变址、栈指针、指令寻址3.2控制寄存器控制寄存器：用于控制CPU的操作例如，对于取指令环节，数据流向（通路）为：PCMARMEMMDRIR3.2PC（程序计数器）存放当前正在执行指令的下

一

条指令的地址（当前指令地址+1）。MAR（存储器地址寄存器）存放访存地址。MDR（亦作MBR，存储器数据（缓冲）寄存器），

预先存放欲与主存交换的数据。IR（指令寄存器）存放当前正在执行的指令。其中MAR、MDR、IR是用户（汇编程序员）不可

见的；PC是用户可见的。状态寄存器程序状态字寄存器PSW（标志寄存器）存放各

条件标志例如符号标志S，零标志Z，溢出标志V，进位

标志C等等每个条件标志用1位来表示，可作为程序分支的

依据一条指令对于某一条件标志，有置1、清0、不

影响三种情况用户可见

中断系统 所谓“中断”，是指CPU暂停当前程序的执行，转而对某种突发事件或者异常情况进行处理，处理完毕后又返回到原有程序的暂停处继续执行的工作方式。 中断是现代计算机的一种极为重要的工作方式。 设计中断系统需要解决一系列相关问题。对中断的详细讨论见第9章。3.2

控制单元CU按