前言

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1.1.1：中央处理单元

中央处理单元（CPU）是计算机系统的核心部件，它负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。

1.1.1.1：CPU的功能

（1）程序控制。CPU按照程序的安排来执行指令，保证程序指令严格按照规定的顺序执行，通过执行程序控制计算机的行为。

（2）操作控制。一条指令功能的实现需要若干操作信号来完成，CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号送往不同的部件，控制相应的部件按指令的功能要求进行操作。

（3）时间控制。CPU对每条指令的整个执行时间要进行严格控制。同时，指令执行过程中操作信号的出现时间、持续时间及出现的时间顺序都需要进行严格控制。

（4）数据处理。CPU通过对数据进行算术运算及逻辑运算等方式进行加工处理，数据加工处理的结果为人们所使用。所以，对数据的加工处理是CPU最根本的任务。

此外，CPU还需要对系统内部和外部的中断（异常）做出响应，进行相应的处理。

1.1.1.2：CPU的组成

CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。

1、运算器

运算器包括算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器等，它是数据加工处理部件，完成所规定的各种算术和逻辑运算。

相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。

运算器有如下两个主要功能：

（1）执行所有的算术运算，如加、减、乘、除等基本运算及附加运算。

（2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，如与、或、非、零值测试或两个值的比较等。

下面简要介绍运算器中各部件的组成和功能。

（1）算术逻辑单元（ALU）：ALU是运算器的重要组成部件，负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。

例子：

完成算术运算：1+2

（2）累加寄存器（AC）：通常简称为累加器，它是一个通用寄存器。其功能是当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

例子：

完成算术运算：3+4

CPU先将第一个数字3读取出来，并放到累加寄存器中；

然后将第二个数字4读取出来，也放到累加寄存器中；

最后由算术逻辑单元（ALU）进行算术运算，得出结果为7，将结果再放到累加寄存器中。

完成算术运算：3+4+5+6

结果为7在累加寄存器中，再读取第三个数字5，放到累加寄存器中，由算术逻辑单元（ALU）再进行算术运算，再将结果放到累加寄存器中。（依次类推）

（3）数据缓冲寄存器（DR）：在对内存储器进行读写操作时，用DR暂时存放由内存储器读写的一条指令或一个数据字，将不同时间段内读写的数据隔离开来。DR的主要作用为：作为CPU和内存、外部设备之间数据传送的中转站以及它们在操作速度上的缓冲。

（注：在单累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可兼作操作数寄存器。）

（4）状态条件寄存器（PSW）：PSW保存根据算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，主要分为状态标志和控制标志。

如：运算结果进位标志（C）、运算结果溢出标志（V）、运算结果为0标志（Z）、运算结果为负标志（N）、中断标志（I）、方向标志（D）和单步标志等。

（注：这些标志通常分别由1位触发器保存，保存了当前指令执行完成之后的状态。通常一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作则产生一个判决。）

2、控制器

控制器用于控制整个CPU的工作，它决定了计算机运行过程的自动化。

它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。

控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。

指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作，其过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤。

控制器在工作过程中主要使用下述几个部件：

（1）指令寄存器（IR）：用来暂时存放一条指令，由指令译码器根据指令寄存器中的内容产生各种微操作指令，控制其他部分协调工作。

<当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓冲寄存器中，再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他部件协调工作，完成指令的功能。>

（2）程序计数器（PC）：存放的是将要执行的下一条指令的地址。

<程序计数器具有寄存信息和计数两种功能，又称为指令计数器。程序的执行分为两种情况，一是顺序执行，二是转移执行。在程序开始执行前，将程序的起始地址送入PC，该地址在程序加载到内存时确定，因此PC的内容即是程序第一条指令的地址。执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。>

（3）地址寄存器（AR）：保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于内存和CPU存在操作速度上的差异，所以需要使用AR保存地址信息，直到内存读\写操作完成为止。

（4）指令译码器（ID）：对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，然后向操作发出具体的控制信号。

【指令：是对机器进行程序控制的最小单位。】

【一条指令通常包括两个部分：操作码和操作数】

操作码	操作数本身或者操作数的地址

<指令包含操作码和地址码两部分，为了能执行任何给定的指令，必须对操作码进行分析，以便识别要进行的操作。指令译码器就是对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。>

【操作码：指出是什么操作，由指令译码器（ID）来识别。】

【操作数：直接指出操作数本身或者指出操作数所在的地址】

Tip：

时序控制逻辑要为每条指令按照时间顺序提供应有的控制信号。

总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路。

中断控制逻辑用于控制各种中断请求，并根据优先级的高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。

3、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，其作用是固定的。

通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途，其数目因处理器不同有所差异。

补充内容，考查次数少：

1.1.1.3：多核CPU

CPU的核心又称为内核，是CPU最重要的组成部分。

CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接收\存储命令、处理数据都由核心执行。

各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都需要合理的布局。
多核即在一个单芯片上面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共享或独有，其部件的完整性和单核处理器内核相比完全一致。

起初，CPU的主要厂商AMD和Intel的双核技术在物理结构上有很大不同。
AMD将两个内核做在一个Die（晶元）上，通过直连架构连接起来，集成度更高。
Intel则是将放在不同核心上的两个内核封装在一起。

因此有人将Intel的方案称为“双芯”，将AMD的方案称为“双核”。

从用户端的角度来看，AMD的方案能够使双核CPU的管脚、功耗等指标跟单核CPU保持一致，从单核升级到双核，不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板，只需要刷新BIOS软件即可。
多核CPU系统最大的优点（也是开发的最主要目的）是可满足用户同时进行多任务处理等要求。
单核多线程CPU是交替地转换执行多个任务，只不过交替转换的时间很短，用户一般感觉不出来。如果同时执行的任务太多，就会感觉到“慢”或者“卡”。而多核在理论上则是在任何时间内每个核分别执行各自的任务，不存在交替问题。因此，单核多线程和多核（一般每核也是多线程的）虽然都可以执行多任务，但多核的速度更快。

虽然采用了Intel超线程技术的单核可以视为双核，4核可以视为8核。然而，视为8核一般比不上实际是8核的CPU性能。

要发挥CPU的多核性能，就需要操作系统能够及时、合理地给各个核分配任务和资源（如缓存、总线、内存等），也需要应用软件在运行时可以把并行的线程同时交付给多个核心分别处理。

1.1.1.4：进制转换（要考）

1、进制的缩写：

二进制是Binary，简写为B。八进制是Octal，简写为O。十进制为Decimal，简写为D。十六进制为Hexadecimal，简写为H。

2、二进制、八进制、十六进制转为十进制（按权展开）：

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