Template: CPU的内部结构

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从原理来看,CPU的内部结构由控制器、算术逻辑单元和寄存器3大部分组成,分别负责计算机系统指令的执行、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,如图1所示。

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                     图1  CPU的结构及其与内存的关系

算术逻辑单元

算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,简称ALU)是计算机的运算器,它完成算术运算和逻辑运算两种操作。

逻辑运算是通过比较来完成的,即两个数据进行比较,判断是否等于、小于或大于等。算术运算包括加、减、乘、除等运算,实际上算术逻辑单元使用一个或多个加法器来完成加、减、乘、除等运算。

寄存器

寄存器是微处理器作算术运算和逻辑运算时,用来临时寄存中间数据和地址的存储位置。它们的硬件组成类似于内存的存储单元,只是存取速度比内存的更快,容量更小。寄存器通常放在CPU内部,并由控制器控制。

许多计算机包括专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器是计算机用于某一特殊目的的寄存器,例如指令寄存器、地址寄存器。而通用寄存器则是计算机或程序在多种状态下使用的寄存器,例如暂存数据的寄存器。

控制器

控制器是协调和控制出现在中央处理器中的所有操作。控制器并不输入、输出、处理或存储数据,而是启动和控制这些操作的顺序。此外,为了启动在存储器和输入输出设备之间进行数据或指令传送,控制器必须和输入输出设备进行通信。

当计算机执行存放在内存中的用户程序时,控制器按照它们的执行顺序来获取、解释指令,输出命令或信号来指挥系统的其它部件。