计算机的计算器CPU控制单元的功能
计算机cpu工作原理

计算机cpu工作原理嗨,小伙伴!今天咱们来唠唠计算机里超级厉害的CPU是咋工作的,可有趣啦!你可以把CPU想象成一个超级忙碌的小管家。
这个小管家住在计算机这个大房子里,房子里其他的零件就像各种家具、电器啥的。
那CPU这个小管家主要是干啥的呢?简单来说,就是处理各种各样的信息。
CPU就像一个超级大脑,不过这个大脑只认识0和1这两个数字。
是不是很神奇?这就好比它的世界里只有黑和白两种颜色一样纯粹。
计算机里所有的信息,不管是你看到的图片、听到的音乐,还是玩游戏时那些复杂的场景,在被CPU处理之前,都得变成由0和1组成的代码。
这就像是把所有的东西都变成了一种特殊的密码,只有CPU这个聪明的小管家能看懂。
那CPU是怎么开始处理这些0和1的密码的呢?它里面有好多好多小单元,就像一个个小房间一样。
其中有一个很重要的部分叫控制器。
这个控制器啊,就像是小管家手里的指挥棒。
它会告诉其他的部分,“咱们现在要处理这个任务啦,你该这么做,你该那么做。
”比如说,当你在计算机上打开一个程序,控制器就会指挥着把这个程序相关的那些0和1代码按照一定的顺序取过来,就像从仓库里把东西一件一件地拿出来一样。
还有一个部分叫运算器,这可就像是小管家的计算器。
当控制器把那些0和1的代码拿过来后,运算器就开始对这些代码进行各种计算。
如果是要算两个数相加,那运算器就会按照加法的规则,把对应的0和1进行处理,最后得出结果。
这个结果呢,又会被变成新的0和1代码,然后再被送到其他地方去,可能是存起来,也可能是继续用来做下一轮的计算。
CPU还有一个很重要的东西叫寄存器。
寄存器就像是小管家身边的小盒子。
这些小盒子可以暂时存放一些0和1的代码,这样在处理信息的时候就更方便啦。
比如说,运算器在计算的过程中,可能需要用到之前算出来的一个中间结果,这个中间结果就可以放在寄存器这个小盒子里,等用到的时候就可以马上拿出来,就像你把常用的小工具放在身边的小盒子里,要用的时候随手就能够到一样方便。
简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能

1.简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能.答:计算机硬件系统由:运算器,控制器.存储器,I/O设备组成。
运算器;完成算数和逻辑运算控制器:根据指令的要求控制和协调其他各部件工作。
存储器:存储程序和数据输入设备:将外部信息以一定格式输入到计算机系统。
输出设备:将计算机系统的信息提供给外部设备。
2.简述微程序控制的基本思想。
答:把指令执行的所有控制信号放在一个存储器中,需要时从这个存储器读取。
一条指令的功能通常用许多条微指令实现这个微指令序列称为微程序。
计算机运行时。
一条一条读出这些微指令。
从而产生各种操作的控制信号。
3.提高存储器速度可采用哪些措施,请说出至少五种措施。
答:1,采用高速器件2,采用cache(高速缓冲存储器)3,采用多提交叉存储器4,采用双端口存储器5,加长存储器的字长4.请说明指令周期,机器周期,时钟周期之间的关系。
答:指令周期是完成一条指令所需的时间。
包括取指令,分析指令和执行指令所需的全部时间。
机器周期也称为CPU周期,是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间,通常等于取指时间(或访存时间)。
时钟周期是时钟频率的倒数,也可称为节拍脉冲或T周期,是处理操作的基本单位。
一个指令周期由若干个机器周期组成,每个机器周期又由若干个时钟周期组成。
5.什么是RISC?RISC指令系统的特点是什么(至少写出4个)?答:RISC是精简指令系统计算机。
特点:1)选取使用频率最高的一些简单指令。
2)指令长度固定。
3)只有取数/存数指令访问存储器,其余指令的操作都在寄存器之间进行。
4)大部分指令在一个机器周期内完成。
5)CPU中通用寄存器数最多。
6)以硬布线控制为主,不用或少用微指令码控制。
7)一般用高级语言编程,特别重视编译优化工作,以减少程序执行时间。
8)指令以流水方式执行6.计算机系统总线大致分为哪几类?答:1)一个计算机系统中的总线分为三类:同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线,称内部总线。
计算机工作原理解析

计算机工作原理解析冯·诺依曼结构计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
美藉匈牙利科学家冯·诺依曼结构(John von Neumann)奠定了现代计算机的基本结构,其特点是:1)使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作。
2)存储单元是定长的线性组织。
3)存储空间的单元是直接寻址的。
4)使用低级机器语言,指令通过操作码来完成简单的操作。
5)对计算进行集中的顺序控制。
6)计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能。
7)彩二进制形式表示数据和指令。
8)在执行程序和处理数据时必须将程序和数据道德从外存储器装入主存储器中,然后才能使计算机在工作时能够自动调整地从存储器中取出指令并加以执行。
这就是存储程序概念的基本原理。
计算机指令计算机根据人们预定的安排,自动地进行数据的快速计算和加工处理。
人们预定的安排是通过一连串指令(操作者的命令)来表达的,这个指令序列就称为程序。
一个指令规定计算机执行一个基本操作。
一个程序规定计算机完成一个完整的任务。
一种计算机所能识别的一组不同指令的集合,管为该种计算机的指令集合或指令系统。
在微机的指令系统中,主要使用了单地址和二地址指令。
其中,第1个字节是操作码,规定计算机要执行的基本操作,第2个字节是操作数。
计算机指令包括以下类型:数据处理指令(加、减、乘、除等)、数据传送指令、程序控制指令、状态管理指令。
整个内存被分成若干个存储单元,每个存储单元一般可存放8位二进制数(字节编址)。
每个在位单元可以存放数据或程序代码。
为了能有效地存取该单元内存储的内容,每个单元都给出了一个唯一的编号来标识,即地址。
计算机的工作原理按照冯·诺依曼存储程序的原理,计算机在执行程序时须先将要执行的相关程序和数据放入内存储器中,在执行程序时CPU根据当前程序指针寄存器的内容取出指令并执行指令,然后再取出下一条指令并执行,如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行。
第一章 计算机系统概论

第一章计算机系统概论(一)选择题1.有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中,称之为A.硬件B.软件C.固件D.辅助存储器E.以上都不对2.输入、输出装置以及外接的辅助存储器称为A.操作系统B.存储器C.主机D.外部设备3.计算机系统中的存储系统是指A. RAM存储器B. ROM存储器C.主存D.主存和辅存4.计算机与日常使用的袖珍计算器的本质区别在于A.运算速度的高低B.存储器容量的大小C.规模的大小D.自动化程度的高低5.冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是A.多指令流单数据流B.按地址访问并顺序执行指令C.堆栈操作D.存储器按内容选择地址6.用户与计算机通信的界面是A. CPU B外部设备 C.应用程序 D 系统程序7.下列属于应用软件。
A.操作系统 B 编译程序 C.连接程序D文本出来程序8下列不是输入设备。
A.画笔与图形板 B 键盘 C.鼠标器 D 打印机9.下列各装置中,具有输入及输出功能。
A.键盘 B 显示器 C.磁盘驱动器 D 打印机10.下列设备中不属于输出设备。
A.打印机 B 磁带机 C.光笔 D 绘图仪11下列语句中是正确的。
A.数据库属于系统软件B.磁盘驱动器只有输入功能C.评估计算机的执行速度可以用每秒执行的指令数为判断依据D.个人计算机是小型机12.计算机只懂机器语言,而人类熟悉高级语言,故人机通信必须借助A.编译程序B.编辑程序C.连接程序D.载入程序13.计算机的算术逻辑单元和控制单元合称为A. ALUB. UPC. CPUD. CAD14.只有当程序要执行时,它才会去将源程序翻译成机器语言,而且一次只能读取、翻译并执行源程序中的一行语句,此程序称为A.目标程序B.编译程序C解释程序 D.汇编程序15下列语句中是正确的。
A. 1 KB= 1024x1024 BB. 1 KB=1024 MBC. 1 MB = 1024 x1024 BD. 1 MB = 1 024 B16.一片1 MB的磁盘能存储的数据。
《典型CPU简介》课件

CPU的发展历程
CPU的起源 CPU的发展阶段 CPU的未来趋势 CPU的应用领域
CPU的基本结构
控制器
控制器是CPU的重要组成部分
控制器的功能是控制计算机的各个部件协调工作
控制器的组成包括指令计数器、指令译码器、指令寄存器等
控制器的工作原理是通过读取存储器中的指令,解码后产生相应的控制信号,控制计算机的各个 部件执行相应的操作
与CPU性能的关系:外频越高, CPU的处理速度越快
倍频
定义:CPU的倍频是CPU的时钟频 率与系统总线频率之比
影响因素:倍频受到CPU制造工艺、 架构、缓存等因素的影响
添加标题
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作用:倍频可以用来衡量CPU的速 度和性能
提升方法:通过提高倍频可以提升 CPU的性能,但需要配合其他硬件 进行优化
CPU的正确使用方法
安装散热器:确保CPU散热良好,避免过热导致性能下降或损坏 选择合适的电源:为CPU提供稳定的电源,避免电压波动对CPU造成损害 更新驱动程序:及时更新主板、显卡等设备的驱动程序,确保与CPU兼容 避免超频:不要过度超频CPU,以免对硬件造成损害 定期清理灰尘:定期清理电脑内部的灰尘,确保散热效果良好
特点:AMD的CPU通常采用x86架构,具有高性能、高性价比的特点。其产品线中包括多核处理 器、集成显卡处理器等,以满足不同用户的需求。
应用领域:AMD的CPU广泛应用于个人电脑、服务器、工作站等领域,同时也在移动设备、嵌入式 系统等领域有所应用。
优势:AMD的CPU在性能和价格方面具有优势,其产品线中有多款高性能、低成本的处理器可供 选择。此外,AMD还提供了一系列配套的硬件和软件解决方案,以帮助用户更好地利用其处理器。
计算机

科技名词定义中文名称:计算机英文名称:computer定义:一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。
应用学科:资源科技(一级学科);资源信息学(二级学科)以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片计算机计算机(Computer )全称:电子计算机,俗称电脑,是一种能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。
由硬件和软件所组成,没有安装任何软件的计算机称为裸机。
常见的形式有台式计算机、笔记本计算机、大型计算机等,较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。
别称: 电子计算机、电脑用途: 海量数据计算原理: 按照人工设计程序自动运算发明人: 1931年,V annevar Bush 最早的计算机:差分程序计数机 目录 概述简介电脑硬件(1)电源(2)主板(3)CPU(4)内存(5)硬盘(6)声卡(7)显卡(8)网卡(9)调制解调器(11)光驱(12)显示器(13)键盘(14)鼠标(15)音箱(16)打印机(17)视频设备(18)优盘电脑软件(1)系统软件(2)应用软件电脑的特点1.运算速度快2.计算精确度高3.有逻辑判断能力4.有自动控制能力发展历史(1)大型主机阶段(2)小型计算机阶段(3)微型计算机阶段(4)客户机/服务器(5)Internet阶段(6)云计算时代分类超级计算机网络计算机工业控制计算机个人计算机嵌入式计算机新型计算机1、分子计算机2、量子计算机3、光子计算机4、纳米计算机5、生物计算机6、神经计算机电脑的应用1、科学计算2、数据处理3、自动控制4、计算机辅助设计5、人工智能6、多媒体应用7、计算机网络电脑对人体的伤害计算机的性能指标(1)运算速度。
(2)字长概述简介电脑硬件(1)电源(2)主板(3)CPU(4)内存(5)硬盘(6)声卡(7)显卡(8)网卡(9)调制解调器(11)光驱(12)显示器(13)键盘(14)鼠标(15)音箱(16)打印机(17)视频设备(18)优盘电脑软件(1)系统软件(2)应用软件电脑的特点1.运算速度快2.计算精确度高3.有逻辑判断能力4.有自动控制能力发展历史(1)大型主机阶段(2)小型计算机阶段(3)微型计算机阶段(4)客户机/服务器(5)Internet阶段(6)云计算时代分类超级计算机网络计算机工业控制计算机个人计算机嵌入式计算机新型计算机1、分子计算机2、量子计算机3、光子计算机4、纳米计算机5、生物计算机6、神经计算机电脑的应用1、科学计算2、数据处理3、自动控制4、计算机辅助设计5、人工智能6、多媒体应用7、计算机网络电脑对人体的伤害计算机的性能指标(1)运算速度。
cpu什么原理

cpu什么原理
CPU,即中央处理器,是计算机中的核心部件,负责执行指令、控制数据流动和进行算术逻辑运算等任务。
它是计算机内部的“大脑”,与其他硬件设备协同工作,保证计算机的正常运行。
CPU的工作原理可以分为指令和数据的处理以及控制单元的
工作。
首先,CPU从内存中获取指令,并按照指令的要求操
作数据。
指令包括数据传输、运算和控制等操作。
通过运算单元完成算术和逻辑操作,将运算结果储存或传递给其他部件。
控制单元则负责指挥和协调整个CPU的工作,包括指令的解码、时序控制和控制信号的发出。
除了核心工作原理外,CPU还有一些关键技术,如流水线技
术和分支预测技术。
流水线技术将指令处理过程分解为多个阶段,各阶段同时进行,以提高CPU的处理效率。
分支预测技
术则用于解决分支指令(如if-else判断)对流水线造成的延迟问题,通过预测分支结果来提前进行后续操作。
此外,现代CPU还采用了超线程和多核技术。
超线程技术通
过模拟并行执行多个线程,增加了CPU的处理能力。
而多核
技术实现了将多个CPU集成到一个芯片上,每个核心能够独
立执行指令,提高了系统的整体性能。
总的来说,CPU通过指令和数据的处理以及控制单元的工作,负责执行计算机的指令和算术逻辑运算等任务。
通过流水线、分支预测、超线程和多核技术等不断提升其性能,以适应日益增长的计算需求。
cpu功能原理

cpu功能原理一、引言CPU(中央处理器)是计算机系统里面的重要组成部分之一,是一款电子电路的集合体,用于计算机程序的执行。
在计算机体系结构中,只有 CPU 才能够执行机器指令,计算机系统的整个性能很大程度上也取决于 CPU 的质量和性能。
二、CPU 的组成结构CPU 有多个组成部分,包括三个主要部分,分别是控制器、运算器和存储器。
1.控制器控制器是 CPU 的指挥系统,由指令寄存器、程序计数器、指令译码器等组成。
当计算机在运行过程中,每一条指令都需要由控制器来解析后才能执行。
控制器能够控制程序的流程,向各个部件发出操作指令,保证各个部件能够有效地协同工作。
2.运算器运算器是 CPU 里面的计算器,用于完成通用的算术和逻辑运算。
运算器通常包括逻辑运算单元、算术运算单元和数据寄存器等。
这些单元之间的互联通过运算器内部的总线实现,数据的输入主要由存储器消息通道传输。
运算器接收来自存储器中的数据和指令,并且执行所有的算术、逻辑和比较操作,通过总线把计算结果传入内存或输出端口。
3.存储器存储器是指用于存放数据的装置,包括内部高速缓存、RAM、ROM、硬盘等。
存储器也是计算机系统中的核心部件之一,用于存储程序、数据和中间结果。
存储器一般被分为几个层次,从最近到最远包括寄存器、缓存、内存、硬盘等。
嵌入在 CPU 中的高速缓存是存储器的一种,其容量较小,但访问速度比主存储器要快。
三、CPU 的工作原理CPU 的工作流程一般分为以下几个主要的步骤:1.获取指令CPU 从存储单元中读取下一步指令,并将其保存到指令寄存器中。
2.解码指令CPU 解码指令,将其转换成内部操作码,然后执行相应的操作。
3.执行指令CPU 执行指令,将操作数分别从存储单元中加载到寄存器中并进行运算。
4.存储结果CPU 将运算的结果存储回内存中。
需要注意的是,在执行指令的过程中,CPU 会读取并解释指令所需要的所有数据,并且在执行完指令后将结果保存到一个特殊的数据寄存器中以备后用。
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MDRO ACi ACO Yi
CPU 内 部 总 线
• Z AC
ZO
ACi
From: 新闻
控制信号
…
ALU
ALUi
Z
ZO
For: 分类信息
三、多级时序系统
9.2
1. 机器周期
(1) 机器周期的概念
所有指令执行过程中的一个基准时间
(2) 确定机器周期需考虑的因素
… …
C8
ALU
控制 信号
For: 分类信息
2. 采用 CPU 内部总线方式
(1) ADD @ X 取指周期 时钟
• PC
PCO
MAR
MARi
地址线
• CU 发读命令 1 R
• 数据线 MDR
• MDR IR
MDRO
IRi
• OP(IR) CU
地址线 数据线
• (PC)+ 1 PC
每条指令的执行 步骤
每一步骤 所需的 时间
(3) 基准时间的确定
• 以完成 最复杂 指令功能的时间 为准
• 以 访问一次存储器 的时间 为基准
若指令字长 = 存储字长 取指周期 = 机器周期
From: 新闻
For: 分类信息
2. 时钟周期(节拍、状态)
2. 8085 的外部引脚
(1) 地址和数据信号
A15~A8 AD7~AD0 SID SOD
(2) 定时和控制信号
入 X1 X2 出 CLK ALE
M(MAR)
For: 分类信息
(3) 取数指令 LDA X
Ad ( IR ) MAR
1R
M ( MAR ) MDR
3. 转移指令
(1) 无条件转
MDR ACC
JMP X
9.1
Hale Waihona Puke Ad ( IR ) PC(2) 条件转移 BAN X (负则转)
From: 新闻
控制信号
From: 新闻
…
控制信号
…
CCUU
IRi
IR
9.2
PPPCCC MAR MMDDRR AC
PCO MARi
MDRO
CPU 内 部 总 线
Y
ALU Z
For: 分类信息
(2) ADD @ X 间址周期 时钟
形式地址 MAR
控制信号
第9章 控制单元的功能
9.1 操作命令的分析 9.2 控制单元的功能
From: 新闻
For: 分类信息
9.1 操作命令的分析
完成一条指令分 4 个工作周期
取指周期 间址周期 执行周期 中断周期
From: 新闻
0 EINT(置“0”) 0 EINT(置“0”)
From: 新闻
For: 分类信息
9.2 控制单元的功能
一、控制单元的外特性
指令寄存器
标志 时钟
…
控制单元 CU
系
CPU 内部的控制信号
统
总
到系统总线的控制信号
线
来自系统总线的控制信号
MAR
C3
AC
PPCC
IR
C0 时钟
… …
C4
CU 标志 … 控制信号
ALU
控制 信号
For: 分类信息
二、控制信号举例
1. 不采用 CPU 内部总线的方式
C2
ADD @ X 间址周期
9.2
MDR
C5 C1
From: 新闻
MAR
C3
AC
一个机器周期包含若干个时钟周期
CLK
节拍 (状态)
T0 T1 T2 T3
机器周期 (取指令)
T0 T1 T2 T3
机器周期 (取有效地址)
指令周期
T0 T1 T2 T3
机器周期 (执行指令)
节拍 (状态)
T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2
机器周期
机器周期
(取指令)
(执行指令)
指令周期
From: 新闻
For: 分类信息
五、多级时序系统实例分析
1. 8085 的组成
INTA INTR
SID SOD
中断控制
8位内部数据总线
I/O控制
9.2
AC(8) TR(8) FR(5) ALU
IR(8)
指令译码 和
机器周期 编码
B(8) C(8) D(8) E(8) H(8) L(8)
From: 新闻
For: 分类信息
1. 输入信号
(1) 时钟 CU 受时钟控制 一个时钟脉冲 发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令
(2) 指令寄存器 OP ( IR ) CU 控制信号 与操作码有关
9.2
(3) 标志 CU 受标志控制
For: 分类信息
二、间址周期
9.1
指令形式地址 MAR Ad ( IR ) MAR 1R M ( MAR ) MDR MDR Ad ( IR )
地数 控
址据 制
总总 总
CPU
线线 线
MAR CU
存储器
IR
MDR
From: 新闻
For: 分类信息
SP(16) PC(16) IDAL(16)
定时和控制
时钟 控制 状态
DMA 复位
ABR(8) ADBR(8)
CLK Ready RD WR ALE
From: 新闻
IO/M
~ ~ HLDA ResFeotr:A8分类信A息 D7 AD0
For: 分类信息
2. 异步控制方式
9.2
无基准时标信号
无固定的周期节拍和严格的时钟同步
采用 应答方式
3. 联合控制方式
同步与异步相结合
4. 人工控制方式
(1) Reset (2) 连续 和 单条 指令执行转换开关 (3) 符合停机开关
From: 新闻
PC
IR
时钟
… …
CU 标志 … 控制信号
ALU
控制 信号
For: 分类信息
二、控制信号举例
1. 不采用 CPU 内部总线的方式
C2
ADD @ X 执行周期
9.2
MDR
C5 C1
From: 新闻
MAR
AC
PC 时钟
IR
C6
C7
CU 标志 … 控制信号
For: 分类信息
2. 访存指令
9.1
(1) 加法指令
ADD X
Ad(IR) MAR 1R M(MAR) MDR (ACC) + (MDR) ACC
(2) 存数指令
From: 新闻
STA X
Ad(IR) MAR
1W
ACC MDR
MDR
For: 分类信息
9.1 操作命令的分析
一、取指周期
PC MAR 地址线 1R M ( MAR ) MDR MDR IR OP(IR) CU ( PC ) + 1 PC
地数 控
址据 制
总总 总
CPU
线线 线
PC
MAR
CU +1
IR
MDR
存储器
From: 新闻
9.2
一个机器周期内可完成若干个微操作 每个微操作需一定的时间
将一个机器周期分成若干个时间相等的 时间段(节拍、状态、时钟周期)
时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间
用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令
From: 新闻
For: 分类信息
A0 •Ad ( IR ) + A0 ( PC ) PC
For: 分类信息
4. 三类指令的指令周期
9.1
非访存 指令周期 取指周期 执行周期
直接访存 指令周期 取指周期 执行周期
间接访存 指令周期 取指周期 间址周期 执行周期
转移 指令周期 取指周期 执行周期
间接转移 指令周期 取指周期 间址周期 执行周期
(3) 采用中央控制和局部控制相结合的方法 9.2
取指周期 T0 T1 T2 T3
机器周期
执行周期 指令周期
T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2
T3 T0 T1
中央控制节拍
中央控制节拍
局部控制的节拍宽度与 中央控制的节拍宽度一致
T* T* … T*
局部控制节拍
From: 新闻
(4) 外来信号
如 INTR
HRQ
From: 新闻
中断请求 总线请求
For: 分类信息
2. 输出信号
(1) CPU 内的各种控制信号
Ri Rj (PC) + 1 PC ALU +、-、与、或 ……
9.2
(2) 送至控制总线的信号
MREQ IO/M RD WR INTA HLDA
三、执行周期
1. 非访存指令
(1) CLA 清A
0 ACC
9.1
(2) COM 取反
ACC ACC
(3) SHR 算术右移 L(ACC) R(ACC), ACC0 ACC0
(4) CSL 循环左移 R(ACC) L(ACC), ACC0 ACCn
(5) STP 停机指令 0 G
From: 新闻
节拍 (状态)
T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2
机器周期
机器周期
(取指令) (执行指令)
指令周期
9.2
T0 T1 T2 T3
机器周期 (取指令)
T0 T1 T2 T3 T T
延长 机器周期 (执行指令)
From: 新闻