CPU | CPU的组成以及功能

回顾一下CPU的组成以及各组件的功能。

CPU由运算器(arithmetic unit) 和控制器(controller)组成，运算器负责对数据进行加工处理(加减乘除等算数运算、与或非等逻辑运算)，控制器负责解析指令并向运算器或者存储器发出控制信号。

运算器的组成及各部分的功能：

• 乘商寄存器MQ(Mulitple Quotient Register)：用于存放乘、除法运算时的操作数或运算结果

• 累加器ACC(Accumulator)：用于存放加、减法运算的操作数或运算结果

• 算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)：通过内部复杂的电路实现算数运算、逻辑运算

• 通用寄存器X：用于存放操作数

• ``程序状态字PSW(Program State Word)：一个特殊的寄存器，用于存储CPU执行指令时的一些重要状态信息和标志位。PSW在指令执行过程中被不断地更新，以反应当前指令执行的状态和结果`。

  • PSW的重要标志位
    • 零标志位（ZF）：当运算结果为0时，ZF被置为1，否则为0
    • 符号标志位（SF）：当运算结果为负数时，SF被置为1，否则为0
    • 进位标志位（CF）：在无符号加法和减法中，当结果超出了所能表示的范围时，CF被置为1，否则为0
    • 移除标志位（OF）：在有符号加法和减法中，当结果超出了所能表示的范围时，OF被置为1，否则为0
    • 奇偶标志位（PF）：当运算结果中1的个数为偶数时，PF被置为1，否则为0

• 运算器中不同寄存器存放的操作数类型

  	加	减	乘	除
  ACC	被加数、和	被减数、差	乘积高位	被除数、除数
  MQ			乘数、乘积低位	商
  X	加数	减数	被乘数	除数

控制器的组成及各部分的功能：

• 控制单元CU（Contorl Unit）：分析指令，给出控制信号
• 指令寄存器IR（Instruction Register）：存放当前执行指令
• 程序计数器PC（Program Counter）：存放指令地址，有自动加一功能

以计算加法运算“1+1”为例：

1. CPU根据PC中的地址，将存储器中的指令“1+1”搬运到指令寄存器IR中（PC自动+1,指向下一条需要执行的指令）
2. CPU的CU对IR中的指令进行分析，将被加数1放入运算器的ACC中，将加数放入X中
3. CU控制ALU对ACC、X中的操作数进行运算，并将运算后的结果放入ACC中（此时PSW的一些标志位的值：ZF=0,SF=0,CF=0,PF=0）
4. CPU将ACC中的结果搬运到存储器中，完成本次运算