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1771-ACN15数据与指令在CPU中的运行 刚才已经为大家介绍了CPU的部件及基本原理情况,
现在,我们来看看数据是怎样在CPU中运行的。我们知道,数据从输入设备流经内存,
等待CPU的处理,这些将要处理的信息是按字节存储的,也就是以8位二进制数或8比特为1个单元存储,
这些信息可以是数据或指令。数据可以是二进制表示的字符、数字或颜色等等。
而指令告诉CPU对数据执行哪些操作,比如完成加法、减法或移位运算。
我们假设在内存中的数据是最简单的原始数据。首先,指令指针(Instruction Pointer)会通知CPU,
将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号(称为地址),
可以根据这些地址把数据取出,通过地址总线送到控制单元中,指令译码器从指令寄存器IR中拿来指令,
翻译成CPU可以执行的形式,然后决定完成该指令需要哪些必要的操作,它将告诉算术逻辑单元(ALU)什么时候计算,
告诉指令读取器什么时候获取数值,告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。
在了解CPU工作原理之前,我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的。
CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。
人们在一块指甲盖大小的硅片上,用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此,
从这个意义上说,CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言,晶体管就是微型电子开关,
它们是构建CPU的基石,你可以把一个晶体管当作一个电灯开关,它们有个操作位,
分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开,
而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应!这样,计算机就具备了处理信息的能力。
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控制部件,主要负责对指令译码,并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。
其结构有两种:一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。
微存储中保持微码,每一个微码对应于一个最基本的微操作,又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成,
这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后,即发出一定时序的控制信号,
按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作,即可完成某条指令的执行。
简单指令是由(3~5)个微操作组成,复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。
逻辑硬布线控制器则完全是由随机逻辑组成。指令译码后,控制器通过不同的逻辑门的组合,
发出不同序列的控制时序信号,直接去执行一条指令中的各个操作。