A-level 计算机科学 2009/CIE/理论基础/处理器基础
- 冯·诺依曼意识到数据和程序是不可区分的，因此可以使用相同的内存
- 冯·诺依曼体系结构使用单个处理器
- 它遵循一组指令（即程序）的线性取指-译码-执行操作序列
- 为了做到这一点，处理器必须使用寄存器
- 它是一个非常快的片上内存，通常大小为 32 位或 64 位，用于临时存储
- 寄存器位于直接访问存储器之外，因此可以更快地访问它们存储的数据
- 程序计数器 (PC)：跟踪要查找下一条指令的位置，以便将指令的副本放在当前指令寄存器中
- 内存数据寄存器 (MDR)：充当缓冲区，并保存从内存中复制的任何内容，以备处理器使用
- 内存地址寄存器 (MAR)：用于保存包含下一段数据或将要使用的指令的内存地址
- 索引寄存器 (IR)：微处理器寄存器，用于在程序运行期间修改操作数地址
- 如果地址间接使用；从指令中取出的常数加到 IR 的内容以形成操作数/数据的地址
- 当前指令寄存器 (CIR)：保存要执行的指令。
- 状态寄存器 (SR)：保存比较的结果，以供以后决定要采取的措施，保存执行算术运算的中间结果，以及算术运算期间发生的任何错误
- 通用寄存器：CPU 中的一个或多个寄存器，用于临时存储数据
- 累加器：ALU 内的单个通用寄存器
- 它是一个单个通用寄存器，其中保存了所有由算术和逻辑运算处理的值
- 算术逻辑单元 (ALU)：处理器的一部分，执行算术计算和逻辑决策
- 控制单元：处理器的一部分，从内存中取指、解码指令，并在将信号发送到计算机的其他部分之前同步操作
- 系统时钟：连接到处理器的计时设备，同步取指-执行周期运行的时间
- 总线：连接各个组件的一组平行导线，并为它们之间提供通信
- 数据总线：双向的，用于在系统组件之间传输数据和指令
- 内存数据寄存器 (MDR) 位于数据总线的一端
- 地址总线：单向的，用于从处理器传输到内存地址寄存器 (MAR) 的主内存位置或即将使用的输入/输出设备的地址
- 控制总线：双向的，用于从控制单元发送控制信号，以确保系统组件访问/使用数据和地址总线不会导致冲突
1) 取指
CPU 执行的第一个步骤是从主内存中取指一些数据和指令，这些数据和指令存储在称为寄存器的临时内存区域中
CPU 使用一条称为地址总线的关键硬件路径。CPU 将要取指的下一项的地址放在地址总线上
来自此地址的数据通过数据总线从主内存移动到 CPU
2) 译码
CPU 需要理解指令的含义
CPU 被设计为理解一组特定的命令，称为“指令集”。
CPU 译码指令
3) 执行
数据处理正在进行
执行指令
CPU 设置自身，以便再次开始另一个周期