【软考设计师】【计算机系统】E01 计算机硬件组成与CPU

---

硬件组成概述

• 运算器： 数据加工处理部件，用于完成计算机的各种算术和逻辑运算。
• 控制器： 顾名思义，控制整个CPU的工作，保证程序的正确运行。
• 存储器： 计算机系统中的记忆设备，分内部存储器与外部存储器；前者速度高、容量小，后者容量大、速度慢。
• 输入设备： 用于输入原始数据及各种命令。
• 输出设备： 用于输出计算机运行的结果。

运算器与控制器结合在一起称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）；
输入设备和输出设备结合在一起称为外部设备（简称外设）。

---

中央处理单元 CPU

CPU 组成

CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。

运算器

• 组成：
  • 算术逻辑单元（ALU）：处理数据，对数据进行算术、逻辑运算。
  • 累加寄存器（AC）：通用寄存器，存储算术、逻辑运算中间结果。
  • 数据缓冲寄存器（DR）：作为CPU与内存、外部设备之间数据传送的中转站。
  • 状态条件寄存器等（PSW）：存储结果与判决；一个算术操作产生一个运算结果；一个逻辑操作产生一个判决。
• 作用：
  • 数据加工处理部件，用于完成计算机的各种算术和逻辑运算。
• 功能：
  • 执行所有的算术运算（加减乘除）。
  • 执行所有的逻辑运算（与或非）。

控制器

• 组成：
  • 指令寄存器（IR）：负责暂存指令。
  • 程序计数器（PC）：程序第一条指令的地址，而后是下一条指令的地址。
  • 地址寄存器（AR）：当前访问内存单元的地址。
  • 指令译码器（ID）：识别指令规定的操作，向操作控制器发送控制信号。
• 作用：
  • 控制整个CPU的工作。
  • 保证程序的正确执行，能够处理异常事件。
• 操作：
  • 取指令、分析指令和执行指令。
  • 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。
    • 时序控制逻辑确保数据传输和操作按照正确的时间顺序进行。
    • 总线控制逻辑控制和调度数据在计算机内部总线上的传输。
    • 中断控制逻辑管理处理中断请求。

寄存器组

寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。运算器和控制器中的寄存器是专用寄存器，作用是固定的。通用寄存器用途可由程序员来规定。

---

多核 CPU

多核即在一个单芯片上集成两个甚至更多个处理器内核。其中每个内核都有自己的逻辑单元、控制单元、中断处理器、运算单元、一级 Cache、二级 Cache 共享或者独有。

所以多核 CPU 系统的最大优点就是满足用户同时进行多任务处理的要求。

AMD，称为“双核”；Intel，称为“双芯”。

---