De quoi se compose principalement une unité centrale de traitement (CPU) ?

L'unité centrale de traitement (CPU) est principalement composée d'unités arithmétiques et de contrôleurs. L'unité arithmétique est un composant de l'ordinateur qui effectue diverses opérations arithmétiques et logiques. Elle se compose d'une unité arithmétique et logique (ALU), d'un accumulateur, d'un registre d'état, d'un groupe de registres à usage général, etc. Le contrôleur est le centre névralgique de l'ordinateur, dirigeant tous les composants de la machine pour qu'ils fonctionnent en coordination automatique ; le contrôleur est composé d'un compteur de programme, d'un registre d'instructions, d'un décodeur d'instructions, d'un générateur de synchronisation et d'un contrôleur d'opération. "mécanisme de prise de décision" qui émet des commandes , c'est-à-dire pour compléter la coordination et le commandement du fonctionnement de l'ensemble du système informatique.

L'environnement d'exploitation de cet article : système Windows 10, ordinateur thinkpad t480.

Le CPU est principalement composé d'unités arithmétiques et de contrôleurs.

L'unité centrale de traitement (CPU) est l'un des principaux dispositifs des ordinateurs électroniques et le composant principal des ordinateurs. Sa fonction est principalement d'interpréter les instructions informatiques et de traiter les données dans les logiciels informatiques. Le processeur est le composant central de l’ordinateur chargé de lire les instructions, de les décoder et de les exécuter.

L'unité centrale de traitement se compose principalement de deux parties, à savoir le contrôleur et l'unité arithmétique, qui comprend également la mémoire cache et le bus de données et de contrôle qui réalise la connexion entre elles. Les trois composants principaux d'un ordinateur électronique sont le processeur, la mémoire interne et les périphériques d'entrée/sortie. Les fonctions de l'unité centrale de traitement consistent principalement à traiter les instructions, à effectuer des opérations, à contrôler le temps et à traiter les données.

Opérateur

Opérateur : unité arithmétique, composant d'un ordinateur qui effectue diverses opérations arithmétiques et logiques.

L'unité arithmétique se compose d'une unité arithmétique et logique (ALU), d'un accumulateur, d'un registre d'état, d'un groupe de registres à usage général, etc. Les fonctions de base de l'unité arithmétique et logique (ALU) sont les quatre opérations arithmétiques d'addition, de soustraction, de multiplication et de division, les opérations logiques telles que AND, OR, NOT et XOR, ainsi que les opérations telles que le décalage et le complément. Lorsque l'ordinateur fonctionne, les opérations et les types d'opérations des unités arithmétiques sont déterminés par le contrôleur. Les données traitées par l'opérateur proviennent de la mémoire ; les données de résultat traitées sont généralement renvoyées vers la mémoire ou stockées temporairement dans l'opérateur. Avec la Control Unit, il constitue la partie centrale du CPU.

L'unité arithmétique est un composant fonctionnel d'un ordinateur qui traite les données. Le traitement des données comprend principalement les opérations arithmétiques sur les données et les opérations logiques sur les données logiques. Par conséquent, la mise en œuvre d’opérations arithmétiques et logiques sur les données est la fonction principale de l’unité arithmétique.

La fonction de base de l'unité arithmétique est de compléter le traitement de diverses données, telles que les quatre opérations arithmétiques, les opérations logiques telles que AND, OR et la négation, les opérations de décalage arithmétique et logique, la comparaison des valeurs, la modification symboles et calcul de l'adresse de la mémoire principale, etc.

Le registre chez l'opérateur permet de sauvegarder temporairement les données participant à l'opération et les résultats intermédiaires de l'opération. Les composants correspondants doivent également être configurés dans l'opérateur pour enregistrer les caractéristiques d'un résultat d'opération, par exemple s'il déborde, le bit de signe du résultat, si le résultat est nul, etc.

Type d'opérateur :

Il existe de nombreux types d'opérateurs utilisés dans les ordinateurs. Analysés sous différentes perspectives, il existe différentes méthodes de classification.

• La représentation décimale peut être divisée en arithmétique à virgule fixe et arithmétique à virgule flottante.

  • L'unité arithmétique à virgule fixe ne peut effectuer que des opérations sur nombres à virgule fixe. Sa caractéristique est que la plage représentée par les nombres de machines est plus petite, mais la structure est plus simple.

  • L'unité arithmétique à virgule flottante a une fonction forte. Elle peut fonctionner à la fois sur les nombres à virgule flottante et sur les nombres à virgule fixe. Sa plage de représentation des nombres est large, mais la structure est assez. complexe.

• En termes de système de portage, il est divisé en calculatrice binaire et calculatrice décimale.

  • Les ordinateurs généraux utilisent des unités arithmétiques binaires. Comme les ordinateurs sont largement utilisés dans les affaires et le traitement des données, de plus en plus de machines étendent la fonction de l'arithmétique décimale, afin que les unités arithmétiques puissent compléter le binaire. les opérations peuvent également être complétées par des opérations décimales.

L'unité arithmétique de l'ordinateur doit être capable d'effectuer une variété d'opérations informatiques, de sorte que divers algorithmes doivent être intégrés pour concevoir un composant informatique complet.

Contrôleur

Le contrôleur est le centre névralgique de l'ordinateur, ordonnant à toutes les parties de la machine de travailler en coordination automatisée. Sous le contrôle du contrôleur, l'ordinateur peut effectuer automatiquement une série d'opérations selon les étapes définies par le programme pour accomplir des tâches spécifiques. C'est « l'organe de décision » qui donne les ordres, c'est-à-dire qui coordonne et dirige les opérations de l'ensemble du système informatique.

Les principaux composants à l'intérieur du contrôleur sont les suivants :

• ①Registre d'instructions : stocke les instructions obtenues à partir de la mémoire.

• ②Décodeur : traduisez le code d'opération dans l'instruction en un signal de contrôle.

• ③ Générateur de battements de synchronisation : génère des signaux de battement d'impulsion de synchronisation pour que l'ordinateur fonctionne de manière rythmée et ordonnée.

• ④ Composants de contrôle de fonctionnement : combinez des signaux de contrôle pour contrôler chaque composant afin de terminer l'opération correspondante.

• ⑤Compteur d'instructions : Calculez et indiquez l'adresse de la prochaine instruction.

Fonctions de base :

• Tampon de données : étant donné que la vitesse des périphériques d'E/S est faible mais que la vitesse du processeur et de la mémoire est élevée, un tampon doit être configuré dans le contrôleur. Pendant la sortie, ce tampon est utilisé pour stocker temporairement les données transmises par l'hôte à grande vitesse, puis les données dans le tampon sont transmises au périphérique d'E/S au rythme du périphérique d'E/S pendant l'entrée, le tampon est ; utilisé Il stocke temporairement les données envoyées depuis le périphérique d'E/S Après avoir reçu un lot de données, les données dans le tampon sont transmises à l'hôte à grande vitesse.

• Contrôle des erreurs : le contrôleur de périphérique est également responsable de la détection des erreurs des données transmises par le périphérique d'E/S. Si une erreur se produit pendant la transmission, le code de détection d'erreur est généralement défini et signalé au CPU, de sorte que le CPU invalide les données transmises cette fois et les retransmet. Cela garantit l'exactitude de la saisie des données.

• Échange de données : il s'agit de l'échange de données entre le CPU et le contrôleur, et entre le contrôleur et l'appareil. Pour le premier, le processeur écrit les données sur le contrôleur en parallèle via le bus de données, ou lit les données du contrôleur en parallèle ; pour le second, l'appareil entre les données dans le contrôleur ou transmet les données du contrôleur à l'appareil. À cette fin, des registres de données doivent être définis dans le contrôleur.

• Description de l'état : le contrôleur qui identifie et signale l'état d'un périphérique doit écrire l'état de l'appareil pour que le processeur puisse le comprendre. Par exemple, le processeur peut démarrer le contrôleur pour lire les données du périphérique uniquement lorsque le périphérique est dans un état prêt à envoyer. À cette fin, un registre d'état doit être configuré dans le contrôleur et chaque bit qu'il contient doit être utilisé pour refléter un certain état de l'appareil. Lorsque le CPU lit le contenu de ce registre, il peut comprendre l'état du périphérique.

• Recevoir et reconnaître les commandes : le processeur peut envoyer une variété de commandes différentes au contrôleur, et le contrôleur de périphérique doit être capable de recevoir et de reconnaître ces commandes. À cette fin, il doit y avoir des registres de contrôle correspondants dans le contrôleur pour stocker les commandes et paramètres reçus et pour décoder les commandes reçues. Par exemple, le contrôleur de disque peut recevoir 15 commandes différentes telles que Lire, Écrire et Formater du processeur, et certaines commandes ont également des paramètres ; par conséquent, il existe plusieurs registres et décodeurs de commandes dans le contrôleur de disque.

• Identification de l'adresse : tout comme chaque unité de la mémoire a une adresse, chaque appareil du système a également une adresse, et le contrôleur de l'appareil doit être capable de l'identifier. L'adresse de chacun appareil contrôlé. De plus, pour que le processeur puisse écrire (ou lire) des données vers (ou depuis) ​​des registres, ces registres doivent avoir des adresses uniques.

Informations détaillées

Pour le processeur, les principaux indicateurs qui affectent ses performances sont la fréquence principale et les bits des numéros de CPU et du jeu d'instructions mis en cache du CPU. La fréquence principale du processeur fait référence à la fréquence d'horloge, qui détermine directement les performances du processeur. Par conséquent, si vous souhaitez améliorer les performances du processeur, augmenter la fréquence principale du processeur est un bon moyen.

Le nombre de bits du processeur fait référence au nombre de nombres à virgule flottante que le processeur peut calculer en même temps. Généralement, plus le nombre de bits du processeur est élevé, plus le processeur effectuera les opérations rapidement. . De nos jours, le nombre de bits du CPU est généralement de 32 ou 64 bits.

Dans le passé, les ordinateurs utilisés par les gens étaient tous des systèmes 32 bits. Ces dernières années, la proportion de processeurs 64 bits dans les ordinateurs utilisés par les gens est devenue plus grande. Les ordinateurs 64 bits sont devenus plus rapides et améliorent l'efficacité du travail des gens.

Le jeu d'instructions du cache du CPU est stocké à l'intérieur du CPU, qui fait principalement référence à des programmes durs qui peuvent guider et optimiser les opérations du CPU. De manière générale, le cache du processeur peut être divisé en cache de niveau 1, cache de niveau 2 et cache de niveau 3, et les processeurs dotés de capacités de traitement plus élevées ont généralement un cache de niveau 3 plus grand.

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