软件设计师精讲 CPU的组成（运算器与控制器）

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计算机结构

CPU结构

状态条件寄存器的归属存在争议：也可能划分到控制器中。

算术逻辑单元：做算术逻辑运算。

累加寄存器（AC）：放算术逻辑单元进行数据加工的数据材料，也是为ALU提供工作区的部件。

数据缓冲寄存器：CPU和存储做交互时读写内存时做中转的部件，先中转、再运输。

这个程序的目的是计算2+4+6，然后赋值给sum，通过sum返回。

里面的过程包含声明、定义，sum的初值等于0，计算sum的值，输出sum的值。

在这个过程当中，程序在计算机当中肯定是存储起来的，存储的地址依次有个相应的地址编号。

在运算的过程当中，先看控制器。控制器会控制计算机按照这些指令依次完成相应的功能。

首先，要想读取到程序，我们会将程序的起始位置读入到指令的程序计数器（PC）当中，会将1001H记录进去。

1001H是一个地址，根据地址，可以找到指令“int sum=0”，把这个指令放到指令寄存器（IR）当中去。

放进去之后，这个1001H就没用了，内容已经找到了。

所以接下来会给PC一个新的赋值：PC=PC+1，变成了1002H，这个过程就是顺序读取的过程。

如果涉及到条件判断跳转的话，这里可以是偏移量代替加1的过程。

当读到指令寄存器（IR）当中，它的内容并不是“sum=0”，而是以一定的0、1二进制字符串表示，这个字符串如何体现在计算机当中的软、硬件呢？

会通过指令译码器（ID）翻译，告诉软硬件做哪些动作，这就是程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）以及指令译码器（ID）的功能。

在这中间，还有一些控制信号、时序信号会通过时序部件传输。这里面有一个地址寄存器没有提到，它是使用的时候，用来保存内存地址的。

这些就是程序控制器。

除了程序控制器以外，CPU还有一部分是运算器部分。

运算器就是做算术逻辑运算的，就是做计算的，在进行2+4+6的运算过程的时候，是如何顺序计算的？

首先，第一步，计算的是2+4=6，第二部计算6+6=12，在这中间的6怎么处理呢？

在这个过程当中进行加法运算的过程是在算术逻辑单元（ALU）当中进行的，中间的“6”是个中间数据，暂存在累加寄存器，也就是累加器（AC）当中，它可以给ALU提供数据加工的材料，也可以给ALU提供工作区。

得出的结果12有个进位，进位标志会记录在状态条件寄存器党中，记录它的状态标志。

记录完之后，如果这个状态标志当中，有一些会用来做控制标志、控制条件，这个时候，它也可以归于控制器的范畴，最终会输出sum=12。

输出会通过输入/输出设备来进行输出，甚至可能会写到存储器当中去，与外部这些内容做交互的话，会通过缓冲寄存器中转数据，这些就是运算器当中的具体过程。

运算器

算数逻辑单元ALU：数据的算数运算和逻辑运算

累加寄存器AC：通用寄存器，为ALU提供一个工作区，用在暂存数据

数据缓冲寄存器DR：写内存时，暂存指令或数据

状态条件寄存器PSW：存状态标志与控制标志（争议：也有将其归为控制器的）

控制器

程序计数器PC：存储下一条要执行指令的地址

指令寄存器IR：存储即将执行的指令

指令译码器ID：对指令中的操作码字段进行分析解释

时序部件：提供时序控制信号

例题讲解

计算机中提供指令地址的程序计数器PC在（）中。

A、控制器 √

B、运算器

C、存储器

D、I/O设备

CPU执行算术运算或者逻辑运算时，常将源操作数和结果暂存在（）中。

A、程序计数器（PC）

B、累加器（AC） √

C、指令寄存器（IR）

D、地址寄存器（AR）