计算机运行原理

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                                 计算机运行原理

一、计算机主要组成

  • 输入单元,主板,内存,CPU(算数逻辑单元,控制单元),输出单元等。

二、运行原理

  • 用户通过输入单元经过主板(南桥总线),将数据输入到内存里面,CPU会内存读取数据,经过主板(北桥总线)到CPU里,CPU的控制单元会分析这条指令是干什么的进行分配,然后算数逻辑单元会进行计算将结果输入到内存中经过主板, 然后输出单元会将结果输出。

  • 控制单元在时序脉冲的作用下,将指令计数器里所指向的指令地址(这个地址是在内存里的)送到地址总线上去,然后CPU将这个地址里的指令读到指令寄存器进行译码。对于执行指令过程中所需要用到的数据, 会将数据地址也送到地址总线,然后CPU把数据读到CPU的内部存储单元(就是内部寄存器)暂存起来,最后命令运算单元对数据进行处理加工。周而复始,一直这样执行下去。

  • 当打开电脑时CPU就开始运行,程序计数器会指向内存中的一个内存地址,而地址当中则是一个计算机指令,译码器会对这条指令进行分析,然后操作控制器OC向相应的部件(运算单元)发出微操作控制信号,计算完成之后写入内存。

三、CPU

  • 全称中央处理单元(CPU),是解释存储在主存中指令的引擎。处理器的核心是一个程序计数器,它在整个计算机运行的期间都会指向一个主存中的一个内存地址,而地址当中则是一个计算机指令。处理器所做的,就是不停的执行程序计数器所指向的每一条指令。处理器所做的操作是围绕主存、寄存器文件以及算术/逻辑单元进行的,这里面处理器做的最多的动作就是加载(从主存将数据复制到寄存器)、 存储(从寄存器将数据复制到主存)、操作(将两个寄存器的内容复制到算术/逻辑单元进行操作,结果会再次复制到寄存器) 以及跳转(改变程序计数器当中的内容)。

四、控制单元

  • 控制单元是整个CPU的指挥控制中心,由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等,对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序,依次从存储器中取出各条指令,放在指令寄存器IR中,通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作,然后通过操作控制器OC,按确定的时序,向相应的部件发出微操作控制信号。 操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。

五、运算单元

  • 是运算器的核心。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。相对控制单元而言,运算器接受控制单元的命令而进行动作,即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。

六、存储单元

  • 包括CPU片内缓存和寄存器组,是CPU中暂时存放数据的地方,里面保存着那些等待处理的数据,或已经处理过的数据,CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器,可以减少CPU访问内存的次数,从而提高了CPU的工作速度。但因为受到芯片面积和集成度所限,寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的,分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途, 通用寄存器的数目因微处理器而异。

七、取指令

  • CPU的控制器从内存读取一条指令并放入指令寄存器。

八、指令译码

  • 指令寄存器中的指令经过译码,决定该指令应进行何种操作(就是指令里的操作码)、操作数在哪里(操作数的地址)。

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