cpu内部结构

CPU专题CPU的英文全称Central Processing Unit,中文名称即中央处理单元,也称为微处理器.中央处理器（Central Processing Unit，简写为CPU）的结构，CPU是决定电脑性能的核心部件。

CPU即中央处理单元，是英文Central Processing Unit 的缩写，是整个系统的核心，也是整个系统最高的执行单位。

它负责整个系统指令的执行，数学与逻辑的运算，数据的存储与传送，以及对内对外输入与输出的控制。

在向大家介绍CPU详细的情形之前，务必要让大家弄清楚到底CPU是什么？它到底有那些重要的性能指标呢？CPU的英文全称是Central Processing Unit，我们翻译成中文也就是中央处理器。

CPU（微型机系统）从雏形出现到发壮大的今天（下文会有交代），由于制造技术的越来越现今，在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成了CPU的内部结构。

那么这上百万个晶体管是如何工作的呢？看上去似乎很深奥，其实只要归纳起来稍加分析就会一目了然的，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。

CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。

CPU作为是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，如往日的286、386、486，到今日的奔腾、奔腾二、K6等等，CPU的性能大致上也就反映出了它所配置的那部微机的性能，因此它的性能指标十分重要。

在这里我们向大家简单介绍一些CPU主要的性能指标：第一、主频，倍频，外频。

经常听别人说：“这个CPU的频率是多少多少。

”其实这个泛指的频率是指CPU的主频，主频也就是CPU的时钟频率，英文全称：CPU Clock Speed，简单地说也就是CPU运算时的工作频率。

CPU的结构和功能解析CPU（中央处理器）是计算机的核心组件，它被设计用于执行各种计算和数据处理任务。

CPU的结构和功能包括以下几个方面：1. 控制单元（Control Unit）：控制单元是CPU的一个重要组成部分，负责协调和管理所有的计算机操作。

它从存储器中读取指令并解码，然后将其发送到其他部件以执行相应的操作。

控制单元还负责处理器内部的时序和同步操作。

2. 算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）：ALU是CPU的核心部分，负责执行计算和逻辑运算。

它可以执行加减乘除、移位、逻辑运算（与、或、非）等操作。

ALU的设计通常包括一组寄存器，用于存储和处理操作数和结果。

3. 寄存器（Register）：寄存器是CPU内部的高速存储器，用于存储临时数据和指令。

CPU中包含多个不同类型的寄存器，如数据寄存器、地址寄存器、程序计数寄存器等。

寄存器具有极快的读写速度，能够提高数据的访问效率。

4. 数据总线和地址总线（Data Bus and Address Bus）：数据总线用于在各个组件之间传输数据，地址总线用于标识存储器中的特定位置。

数据总线的宽度决定了CPU能够同时处理的数据量，地址总线的宽度决定了CPU能够寻址的存储器空间大小。

5. 运算器（Arithmetic Unit）：运算器是CPU的一个子部件，用于执行数学运算，如加法、减法、乘法和除法。

运算器通常由ALU和一些辅助电路组成，它能够高效地进行数值计算。

6. 控制器（Controller）：控制器是CPU的另一个子部件，负责控制和协调各个组件之间的操作。

它从指令存储器中获取下一条指令，并将其发送给控制单元解码执行。

控制器还负责处理各种中断和异常情况，以及调度和控制指令的执行顺序。

7. 存储器接口（Memory Interface）：存储器接口是CPU与主存储器之间的桥梁，负责传输数据和指令。

存储器接口包括地址解码器、读写电路、数据缓冲器等，它能够提供合适的接口和协议，以保证数据的高效传输和正确处理。

中央处理器有哪两个部分组成各自的主要功能是什么中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（Control Unit）。

它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

关于“中央处理器有哪两个部分组成各自的主要功能是什么”的详细说明。

1.中央处理器有哪两个部分组成各自的主要功能是什么中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（Control Unit）。

它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

中央处理器CPU内部结构大概可以分为控制单元、运算单元、存储单元和时钟等几个主要部分。

运算器是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（ALU：Arithmetic and Logic Unit）、寄存器组和状态寄存器组成。

ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。

通用寄存器组是用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果。

状态寄存器在不同的机器中有不同的规定，程序中，状态位通常作为转移指令的判断条件。

控制器是计算机的控制中心，它决定了计算机运行过程的自动化。

它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。

控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分。

指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作。

时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。

一般时钟脉冲就是最基本的时序信号，是整个机器的时间基准，称为机器的主频。

执行一条指令所需要的时间叫做一个指令周期，不同指令的周期有可能不同。

一般为便于控制，根据指令的操作性质和控制性质不同，会把指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段就是一个CPU周期。

早期CPU同内存在速度上的差异不大，所以CPU周期通常和存储器存取周期相同，后来，随着CPU的发展现在速度上已经比存储器快很多了，于是常常将CPU周期定义为存储器存取周期的几分之一。

8086CPU 的结构与功能CPU 结构与功能不管什么型号的CPU ，其内部均有这四⼤部件1. ALU ：算术逻辑单元2. ⼯作寄存器：分为数据寄存器和地址寄存器⼯作寄存器的⽬的是为了提⾼运算速度，希望参与运算的数据不从外部存储器去取数据，⽽是在CPU 内部取，所以要有能暂存少量数据的寄存器。

数据寄存器是专门存放数据的，地址寄存器是专门存放地址，进⾏间接寻址⽅式，但当地址寄存器不提供地址时，也可以⽤来暂存数据。

3. 控制器：中央指挥机关4. I/O 控制逻辑电路⼀般CPU 执⾏存储器（按字节组织）⾥⾯指令过程如下：1. CPU 通过控制器部件⾥⾯的程序计数器（PC ）给外部存储器的地址引脚输出地址（通过地址总线AB ），同时CPU 给存储器发送读操作命令；2. 在读操作下，就把这个地址单元的指令代码通过数据总线（DB ），取回来放在指令寄存器⾥⾯（IR ），注意此时因为指令没有执⾏完，所以PC 还不能去往下⼀条指令，IR 没有地⽅放数据。

3. 指令译码器（ID ）不断检测指令寄存器有没有数据，有的话就把指令取⾛放在ID ⾥⾯，取来的指令就被ID 译码分析，就知道这个指令希望CPU 做什么，怎么做；4. ID 通知控制逻辑部件，在相应的控制引脚发出相应的有效命令（读，写等）；5. 此条指令执⾏完，IR 为空，PC ⾃动增加到下⼀条指令的地址，执⾏下⼀条指令流程。

如果指令为n 字节，PC ⾃动增n 。

因为在取指令时候，不能执⾏指令，在执⾏指令时候，不能取指令，因此这种架构CPU 是取指令->执⾏指令->取指令...这样循环下去。

CPU 执⾏效率不⾼。

堆栈由先进后出原则组织的存储器区域，称为堆栈。

单⽚机应⽤中，堆栈是个特殊存储区，堆栈属于RAM 空间的⼀部分，堆栈⽤于函数调⽤、中断切换时保存和恢复现场数据（临时数据）。

对于8006 CPU ⽽⾔，堆栈操作是按字操作。

堆栈单元的地址指针由堆栈指针寄存器SP 的内容提供。

CPU组成中央处理单元（Central Processing Unit；CPU)，亦称微处理器(Micro Processor Unit）,由运算器与控制器组成,其内部结构分为控制单元（Control Unit；CU)、逻辑单元(Arithmetic Logic Unit；ALU)、存储单元（Memory Unit；MU）三部分,各部件相互协调，进行分析、判断、运算并控制计算机各组件工作。

一、内核●运算器运算器是计算机的处理中心,主要由算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit；ALU）、浮点运算单元（Floating Point Unit；FPU）、通用寄存器和状态寄存器组成.算术逻辑单元主要完成二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）及各种移位操作.浮点运算单元主要负责浮点运算和高精度整数运算。

通用寄存器用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果。

状态寄存器在不同机器中有不同规定，程序中,状态位通常作为转移指令的判断条件。

●控制器控制器是计算机的控制中心，决定了计算机运行过程的自动化。

它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。

控制器一般包括指令控制器、时序控制器、总线控制器、中断控制器等几个部分.1)指令控制器完成取指令、分析指令和执行指令的操作。

2)时序控制器要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。

时序控制器包括时钟发生器和倍频定义单元,其中时钟发生器由石英晶体振荡器发出稳定的脉冲信号，即CPU的主频;而倍频定义单元则定义CPU主频是存储器频率(总线频率)的几倍。

一般时钟脉冲就是最基本时序信号，是整个机器的时间基准，称为主频。

执行一条指令所需时间叫做一个指令周期，不同指令的周期有可能不同。

一般为便于控制，根据指令的操作性质和控制性质不同，会把指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段就是一个CPU周期。

早期，CPU同内存速度差异不大,所以CPU周期通常和存储器存取周期相同。

第八章CPU本章从分析CPU的功能和内部结构入手，详细讨论机器完成一条指令的全过程，以及为了进一步提高数据的处理能力，开发系统的并行性所采取的流水技术。

此外，本章还进一步概括了中断技术在提高整机系统效能方面的作用。

第一节CPU的功能和结构一、CPU的功能CPU是由运算器和控制器组成的，在这里我们重点介绍控制器的功能。

对于冯·诺依曼结构的计算机而言，一旦程序进入存储器后，就可由计算机自动完成取指令和执行指令的任务，控制器就是专用于完成此项任务的，它负责协调并控制计算机各部件执行程序的指令序列，其基本功能是取指令、分析指令和执行指令。

1．取指令控制器必须具备能自动地从存储器中取出指令的功能。

为此，要求控制器能自动形成指令的地址，并能发出取指令的命令，将对应此地址的指令取到控制器中。

第一条指令的地址可以人为指定，也可由系统设定。

2．分析指令分析指令包括两部分内容，其一，分析此指令要完成什么操作，即控制器需发出什么操作命令；其二，分析参与这次操作的操作数地址，即操作数的有效地址。

3．执行指令执行指令就是根据分析指令产生的“操作命令”和“操作数地址”的要求，开成操作控制信号序列（不同的指令有不同的操作控制信号序列），通过对运算器、存储器以及I/O设备的操作，执行每条指令。

此外，控制器还必须能控制程序的输入和运算结果的输出（即控制主机与I/O交换信息）以及对总线的管理，甚至能处理机器运行过程中出现的异常情况和特殊请求，即处理中断的能力。

总之， CPU必须具有控制程序的顺序执行（称指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（称操作控制）、对各种操作实施时间上的控制（称时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）和处理中断等功能。

二、CPU结构框图CPU由四大部分组成：地址寄存器，用于存放当前指令的地址；指令寄存器，用来存放当前指令和对指令的操作码进行译码；控制部件，能发出各种操作命令序列；ALU，用来完成算术运算和逻辑运算；为了处理异常情况和特殊请求，还必须有中断系统。

一、CPU的组成部分及功能1、控制器：CPU的控制器包括用电信号指挥整个电脑系统的执行及储存程序命令的电子线路。

像一个管弦乐队的指挥者，控制器不执行程序命令，而是指挥系统的其它部分做这些工作。

控制器必须与算术逻辑单元和内存都有紧密的合作与联系。

2、指令译码器：指令译码器为CPU翻译指令，然后这些指令才能够被执行。

3、程序计数器：程序计数器是一个特别的门插销。

当有新的指令送入PC时，PC会被加1。

因此它按照顺序通过CPU必须执行的任务。

然而，也有一些指令能够让CPU不按顺序执行指令，而是跳跃到另一些指令。

4、算术逻辑单元：算术逻辑单元包含执行所有算术/逻辑操作的电子线路。

算术逻辑单元能够执行四种算术操作（数学计算）：加、减、乘、除算术逻辑单元也能执行逻辑操作。

一个逻辑操作通常是一个对照。

它能够对比数字、字母或特殊文字。

电脑就可以根据对比结果采取行动。

5、寄存器：寄存器是位于CPU内部的特殊存储单元。

存储在这里的数据的存取比存储在其它内存单元（如：RAM、ＲＯＭ）的数据的存取要快。

ＣＰＵ内不同部分的寄存器有不同的功能。

在控制器中，寄存器用来存储电脑当前的指令和操作数。

同时，ＡＬＵ中的寄存器被叫做累加器，用来储存算术或逻辑操作的结果。

二、CPU的速度1、主频、外频和前端总线频率时钟频率以每秒钟各单元转过圈数计，单位是赫兹。

1）主频是指CPU的时钟频率，也可以说是ＣＰＵ的工作频率。

一般来说，一个时钟周期内执行的指令数是固定的，所以主频越高，运算速度也就越快。

但是，由于ＣＰＵ的运算速度受许多因素影响。

所以此规律并不绝对。

2）外频：系统的时钟频率具体指ＣＰＵ到芯片组之间的总线速度。

（系统总线的工作频率）。

主频=外频*倍频系数3）前端总线：CPU与北桥芯片间的总线，是CPU和外界交换数据的唯一通道。

没有足够快的前端总线，性能再好的CPU也不能明显提高计算机整体速度。

2、字长和位数字长：芯片同时能输入/输出和处理的位数。