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数据与指令在如何CPU中的运行?

发布时间:2019-07-29 21:10 来源:未知 编辑:admin

  首先,CPU的内部结构可以分为控制单元,逻辑运算单元和存储单元(包括内部总线及缓冲器)三大部分。CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(程序指令),经过物资分配部门(控制单元)的调度分配,被送往生产线(逻辑运算单元),生产出成品(处理后的数据)后,再存储在仓库(存储单元)中,最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。在这个过程中,我们注意到从控制单元开始,CPU就开始了正式的工作,中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理,交到存储单元代表工作的结束。 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(InstructionPointer)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。 假如数据被送往算术逻辑单元,数据将会执行指令中规定的算术运算和其他各种运算。当数据处理完毕后,将回到寄存器中,通过不同的指令将数据继续运行或者通过DB总线送到数据缓存器中。 基本上,CPU就是这样去执行读出数据、处理数据和往内存写数据3项基本工作。但在通常情况下,一条指令可以包含按明确顺序执行的许多操作,CPU的工作就是执行这些指令,完成一条指令后,CPU的控制单元又将告诉指令读取器从内存中读取下一条指令来执行。这个过程不断快速地重复,快速地执行一条又一条指令,产生你在显示器上所看到的结果。我们很容易想到,在处理这么多指令和数据的同时,由于数据转移时差和CPU处理时差,肯定会出现混乱处理的情况。为了保证每个操作准时发生,CPU需要一个时钟,时钟控制着CPU所执行的每一个动作。时钟就像一个节拍器,它不停地发出脉冲,决定CPU的步调和处理时间,这就是我们所熟悉的CPU的标称速度,也称为主频。主频数值越高,表明CPU的工作速度越快。

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