計算機系統基礎：CPU相關知識筆記

1、什麼是CPU

計算機的基本硬體系統由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置5大部件組成。

運算器和控制器等部件被整合在一起稱為中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）。CPU

是硬體系統的核心。

2、CPU的用途

CPU主要負責獲取程式指令、對指令進行譯碼並加以執行。

CPU的功能如下圖：

3、CPU的組成

CPU主要由運算器、控制器、暫存器和內部匯流排等部件組成。

3。1 運算器

運算器包括算術邏輯單元（ALU）、累加器、緩衝暫存器、狀態條件暫存器等。它的主要工作是完成所規定的的各種算術和邏輯運算。

算術邏輯單元(ALU)

：ALU的重要組成部件，負責處理資料，實現算術和邏輯運算。

累加器（AC）

：當執行算術或邏輯運算時，為ALU提供一個工作區。

資料緩衝器（DR）

：作為CPU和記憶體、外部裝置之間資料傳送的中轉站、操作速度的緩衝；

在單累加器結構的運算器中，DR還可以作為運算元暫存器。

狀態暫存器（PSW）

：儲存算術指令和邏輯指令執行或測試的結果建立的的各種條件碼內容，分為狀態標誌和控制標誌。

3。2 控制器

用於控制這個CPU的工作，不僅要保證程式的正確執行，還要能處理異常事件。

控制器主要包括指令控制邏輯、時序控制邏輯、匯流排控制邏輯、中斷控制邏輯。

3。2。1 指令控制

指令暫存器（IR）：當執行一條指令時，需要先把它從記憶體儲存器取到緩衝暫存器中，再送入IR中暫存，指令譯碼器會根據IR的內容產生各種微操作命令，控制其他部件協調工作，完成指令的功能。

程式計數器（PC）：PC具有寄存和計數兩種功能。又稱為指令計數器。

地址暫存器（AR）：用來儲存當前CPU所訪問的記憶體單元地址。

指令譯碼器（ID）：包含指令操作碼和地址碼兩部分，為了能執行任何給定的指令必須對操作碼進行分析，以便識別要進行的操作。

3。2。2 時序控制

時序控制要為每條指令按時間順序提供應有的控制訊號。

3。2。3 匯流排控制

為多個功能部件提供服務的資訊通路的控制電路。

3。2。4 中斷控制

用於控制各種中斷請求，並根據優先順序排隊，逐個交給CPU處理。

3。3 暫存器組

分為專用暫存器、通用暫存器。運算器和控制器中的暫存器是專用暫存器，作用是固定的。

通用暫存器用途廣泛由程式設計師規定其用途。

4、什麼是多核CPU

核心：CPU的核心稱為核心，是CPU的最重要組成部分。CPU的所有計算、接收/儲存命令、處理資料都是由核心執行。

多核：在一個單晶片上整合兩個或者更多個處理器核心，並且每個核心都有自己的邏輯單元、控制單元、中端處理器、運算單元、一級Cache、二級Cache共享或獨有。

多核CPU優點：可滿足使用者同時進行多工處理等要求。