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考研408《计算机组成原理》复习笔记，第五章(1)——CPU功能和结构

news 2025/8/15 11:21:49

一、这一整章的整体知识框架

二、CPU功能概述

1、宏观大概理解

2、CPU具体功能

注：【程序控制】也可以叫【指令控制】
再细分看【运算器】和【控制器】的功能

三、CPU组成部分

【考点】

先看一下他要考什么重点

【CPU宏观】组成

宏观上就是：
【运算器】+【控制器】

还可以分成下面这样

也可以将CPU分为【数据通路】+【控制部件】2大组成部分
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【数据通路】就是具体传送数据、运算数据的部分
【数据通路】包括【组合逻辑元件】
特性是【蠢！没有记忆！】（例如ALU算术逻辑单元，得靠暂存寄存器帮他存数据，不然都不知道自己要谁跟谁进行计算）
代表（要背！）：算术逻辑单元ALU、指令译码器ID、多路选择器MUX、三态门......
【数据通路】还包括【时序逻辑元件】
特性是【有记忆！能存东西！】、【包含存储信号！】
代表（要背！）：PC、MDR、MAR、IR......
具体的物理连接方式也得了解一下
【专用数据通路方式】：相当于各个寄存器输入输出直接连【ALU】为了避免直连的方式导致传输数据冲突，可以加入【多路选择器MUX】或【三态门】2种方式，来控制信号一个一个区分开传输给ALU
【内部单总线】：相当于各个寄存器输入输出直接连同一条【公共总线】上，由【公共总线】再连ALU同样为了避免直连的方式导致传输数据冲突，可以加入【暂存寄存器】来帮ALU暂时记忆数据（这正是前面说的ALU属于组合逻辑单元，老失忆）
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而【控制部件】根据【微操作控制信号】不同，还分为：
【硬布线控制器】（后期重点，以后再学）
【微程序控制器】（后期重点，以后再学）

【CPU微观组成】（要背）

背！文科背诵！！
【控制器】和【运算器】的组成部件给老子记住
【应试考试加急背诵】
急着背，你就不需要了解这些是啥了，直接按我下面方法记住就行
运算器组成部件快速记忆（只含重点部件，省略少考部件）
控制器组成部件快速记忆（只含重点部件）
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【了解透这些部件式记忆】
【运算器部件】
【ALU算术逻辑单元】是运算器的【核心】！！！
负责算术/逻辑运算
【GPRs通用寄存器】
存操作数、中间结果
就是我们前面学的【AX】、【BX】、【CX】、【DX】、【SP】（指令那一章讲过的，汇编指令全名是EAX、EBX....ESP这些，忘了自己回去看）
【ACC累加器】就是一个很重要的通用寄存器
用于存暂存ALU计算结果，适用于【加法运算】
【暂存寄存器】
为了帮【组合逻辑原件】尤其ALU这种傻逼暂存数据的
还可以改造成【移位寄存器】或【累加寄存器】，当然它两可以单独用专门的寄存器来实现（比如ACC就不是）
注意：它的数据绝不能随便存到【通用寄存器】，否则会破坏【通用寄存器】的内容
【PSW程序状态寄存器】：也叫【标志寄存器】
用于把ALU进行的算术逻辑运算、测试结果所产生的【各种状态】，如：OF、SF、ZF、CF记录下来，这些标记位参与并决定【微操作运算】（后面学）
【移位寄存器】：对于运算结果进行移位运算
加减乘除基本都是靠加法器加法实现，而加法器每次算完一位不都得移位吗
【计数器CT】：加减乘除计算的步数统计
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【控制器部件】
【PC程序计数器】：存放下一条预执行指令，有自增功能
【IR指令寄存器】：存放当前要执行的指令
【ID指令译码器】：仅对指令的【操作码】进行“翻译”
【微操作信号发生器】：根据【IR】翻译的指令内容、【PSW】的状态信息以及【时序信号】，向整个计算机发出所有需要的控制信号
有【组合逻辑性】结构（后面会学）
和【存储逻辑性】结构（后面会学）
【时序系统】：产生各种【时序信号】，由统一时钟CLOCK分频而得
【MAR】：不用多说了吧，存CPU要访问的主存单元地址
【MDR】：不用多说了吧，存CPU要写入主存的数据、从主存读出的数据