cpu的工作原理

　　CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執行微操作系列，從而完成一條指令的執行。下面是YJBYS小編整理的cpu的工作原理相關(guān)知識，希望對你有幫助!

　　提取

　　第一階段，提取，從存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令(為數值或一系列數值)。由程序計數器(Program Counter)指定存儲器的位置，程序計數器保存供識別目前程序位置的數值。換言之，程序計數器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。提取指令之后，程序計數器根據指令長(cháng)度增加存儲器單元。指令的提取必須常常從相對較慢的存儲器尋找，因此導致CPU等候指令的送入。這個(gè)問(wèn)題主要被論及在現代處理器的快取和管線(xiàn)化架構。

　　解碼

　　CPU根據存儲器提取到的指令來(lái)決定其執行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片斷。根據CPU的指令集架構(ISA)定義將數值解譯為指令。一部分的指令數值為運算碼(Opcode)，其指示要進(jìn)行哪些運算。其它的數值通常供給指令必要的信息，諸如一個(gè)加法(Addition)運算的運算目標。這樣的運算目標也許提供一個(gè)常數值(即立即值)，或是一個(gè)空間的定址值：暫存器或存儲器位址，以定址模式?jīng)Q定。在舊的設計中，CPU里的指令解碼部分是無(wú)法改變的硬件設備。不過(guò)在眾多抽象且復雜的CPU和指令集架構中，一個(gè)微程序時(shí)常用來(lái)幫助轉換指令為各種形態(tài)的訊號。這些微程序在已成品的CPU中往往可以重寫(xiě)，方便變更解碼指令。

　　執行

　　在提取和解碼階段之后，接著(zhù)進(jìn)入執行階段。該階段中，連接到各種能夠進(jìn)行所需運算的CPU部件。例如，要求一個(gè)加法運算，算數邏輯單元(ALU，Arithmetic Logic Unit)將會(huì )連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值，而輸出將含有總和的結果。ALU內含電路系統，易于輸出端完成簡(jiǎn)單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產(chǎn)生一個(gè)對該CPU處理而言過(guò)大的結果，在標志暫存器里，運算溢出(Arithmetic Overflow)標志可能會(huì )被設置。

　　寫(xiě)回

　　最終階段，寫(xiě)回，以一定格式將執行階段的結果簡(jiǎn)單的寫(xiě)回。運算結果經(jīng)常被寫(xiě)進(jìn)CPU內部的暫存器，以供隨后指令快速存取。在其它案例中，運算結果可能寫(xiě)進(jìn)速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類(lèi)型的指令會(huì )操作程序計數器，而不直接產(chǎn)生結果。這些一般稱(chēng)作ldquo;跳轉(Jumps)，并在程式中帶來(lái)循環(huán)行為、條件性執行(透過(guò)條件跳轉)和函式。許多指令也會(huì )改變標志暫存器的狀態(tài)位元。

　　這些標志可用來(lái)影響程式行為，緣由于它們時(shí)常顯出各種運算結果。例如，以一個(gè)比較指令判斷兩個(gè)值的大小，根據比較結果在標志暫存器上設置一個(gè)數值。這個(gè)標志可藉由隨后的跳轉指令來(lái)決定程式動(dòng)向。在執行指令并寫(xiě)回結果之后，程序計數器的值會(huì )遞增，反覆整個(gè)過(guò)程，下一個(gè)指令周期正常的提取下一個(gè)順序指令。如果完成的是跳轉指令，程序計數器將會(huì )修改成跳轉到的指令位址，且程序繼續正常執行。許多復雜的CPU可以一次提取多個(gè)指令、解碼，并且同時(shí)執行。這個(gè)部分一般涉及經(jīng)典RISC管線(xiàn)，那些實(shí)際上是在眾多使用簡(jiǎn)單CPU的電子裝置中快速普及(常稱(chēng)為微控制(Microcontrollers))。

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