中央處理器工作原理是什麼
中央處理器(central processing unit,簡稱CPU)作爲計算機系統的運算和控制核心,是信息處理、程序運行的最終執行單元。那麼中央處理器工作原理是什麼呢?下面一起來了解一下吧。
1、馮諾依曼體系結構是現代計算機的基礎。在該體系結構下,程序和數據統一存儲,指令和數據需要從同一存儲空間存取,經由同一總線傳輸,無法重疊執行。根據馮諾依曼體系,CPU的工作分爲以下5個階段:取指令階段、指令譯碼階段、執行指令階段、訪存取數和結果寫回。
2、取指令(IF,instruction fetch),即將一條指令從主存儲器中取到指令寄存器的過程。程序計數器中的數值,用來指示當前指令在主存中的位置。當一條指令被取出後,PC中的數值將根據指令字長度自動遞增。
3、指令譯碼階段(ID,instruction decode),取出指令後,指令譯碼器按照預定的指令格式,對取回的指令進行拆分和解釋,識別區分出不同的指令類別以及各種獲取操作數的方法。現代CISC處理器會將拆分已提高並行率和效率。
4、執行指令階段(EX,execute),具體實現指令的功能。CPU的不同部分被連接起來,以執行所需的操作。
5、訪存取數階段(MEM,memory),根據指令需要訪問主存、讀取操作數,CPU得到操作數在主存中的地址,並從主存中讀取該操作數用於運算。部分指令不需要訪問主存,則可以跳過該階段。
6、結果寫回階段(WB,write back),作爲最後一個階段,結果寫回階段把執行指令階段的運行結果數據“寫回”到某種存儲形式。結果數據一般會被寫到CPU的內部寄存器中,以便被後續的指令快速地存取;許多指令還會改變程序狀態字寄存器中標誌位的狀態,這些標誌位標識着不同的操作結果,可被用來影響程序的動作。
7、在指令執行完畢、結果數據寫回之後,若無意外事件(如結果溢出等)發生,計算機就從程序計數器中取得下一條指令地址,開始新一輪的循環,下一個指令週期將順序取出下一條指令。
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