中央処理装置 (CPU) は主に何で構成されていますか?

中央処理装置 (CPU) は、主に演算装置とコントローラーで構成されます。演算装置とは、コンピュータにおいてさまざまな算術演算や論理演算を行う部品であり、算術論理演算装置(ALU)、アキュムレータ、ステータスレジスタ、汎用レジスタ群などで構成されます。コントローラはコンピュータの中枢であり、マシン内のすべてのコンポーネントがその動作を自動的に調整するように指示します。コントローラは、プログラム カウンタ、命令レジスタ、命令デコーダ、タイミング ジェネレータ、およびオペレーション コントローラで構成されます。コマンドを発行する「意思決定メカニズム」。つまり、コンピューターシステム全体の動作の調整とコマンドを完了します。

#この記事の動作環境: Windows10 システム、Thinkpad t480 コンピューター。

CPUは主に演算器と制御器で構成されています。

中央処理装置 (CPU) は、電子コンピュータの主要なデバイスの 1 つであり、コンピュータの核となるコンポーネントです。その機能は主に、コンピュータの命令を解釈し、コンピュータ ソフトウェアでデータを処理することです。 CPU は、命令を読み取り、デコードし、実行するコンピューターの中核コンポーネントです。

中央処理装置は主にコントローラと演算装置の 2 つの部分で構成され、これらの部分にはキャッシュ メモリとそれらの間の接続を実現するデータおよび制御バスも含まれます。電子コンピュータの 3 つのコア コンポーネントは、CPU、内部メモリ、および入出力デバイスです。中央処理装置の主な機能は、命令の処理、演算の実行、時間の制御、およびデータの処理です。

演算子

演算子: 演算装置。さまざまな算術演算や論理演算を実行するコンピューター内のコンポーネント。

演算器は、算術論理演算器(ALU)、アキュムレータ、ステータスレジスタ、汎用レジスタ群などで構成されます。算術論理演算器（ALU）の基本機能は、加減乗除の四則演算、AND、OR、NOT、XOR などの論理演算、シフトや補数などの演算です。コンピュータが動作しているとき、演算器の動作や演算の種類はコントローラによって決定されます。オペレーターが処理したデータはメモリーから取得され、処理結果データは通常メモリーに送り返されるか、オペレーターに一時的に保管されます。コントロールユニットとともにCPUの中核部分を形成します。

電卓は、データを処理するコンピューター内の機能コンポーネントです。データ処理には主に、データに対する算術演算と論理データに対する論理演算が含まれます。したがって、データに対する算術演算および論理演算の実装は、算術ユニットの中核機能です。

演算器の基本的な機能は、四則演算、AND、OR、否定などの論理演算、四則演算や論理シフト演算、値の比較、変更など、さまざまなデータの処理を完了することです。シンボルやメインメモリアドレスの計算など

オペレーター内のレジスターは、操作に関与するデータと操作の中間結果を一時的に保存するために使用されます。演算結果の特性 (オーバーフローの有無、結果の符号ビット、結果がゼロかどうかなど) を記録するには、対応するコンポーネントも演算子内に設定する必要があります。

演算子の種類:

コンピュータで使用される演算子にはさまざまな種類があり、さまざまな観点から分析すると、さまざまな分類方法があります。

• 小数点表現は、固定小数点演算と浮動小数点演算に分けることができます。

  • 固定小数点演算器は固定小数点数の演算のみを行うことができ、機械番号で表現できる範囲は狭くなりますが、構造が単純であることが特徴です。

  • 浮動小数点演算器は浮動小数点数と固定小数点数の両方を演算できる強力な機能を持ち、数値表現範囲は広いですが、その構造は非常に複雑です。

• #キャリー方式では、二項演算子と十進演算子に分けられます。

  • 一般的にコンピュータは 2 進演算器を使用しますが、コンピュータがビジネスやデータ処理に広く使用されるにつれ、ますます多くの機械が 10 進演算の機能を拡張し、演算器で演算を完了することができます。両方の 2 進演算を 10 進演算で完了することもできます。

コンピュータの演算装置は、さまざまな演算処理を実行する機能を備えている必要があるため、完全なコンピューティング コンポーネントを設計するには、さまざまなアルゴリズムを統合する必要があります。

コントローラー

コントローラーはコンピューターの中枢であり、マシン全体のすべてのコンポーネントが自動調整して動作するように指示します。コントローラーの制御下で、コンピューターはプログラムによって設定された手順に従って一連の操作を自動的に実行し、特定のタスクを完了できます。命令を出す、つまりコンピュータシステム全体の動作を調整し、指揮するのが「意思決定機関」です。

コントローラ内部の主なコンポーネントは次のとおりです。

• ①命令レジスタ: メモリから取得した命令を格納します。

• ②デコーダ: 命令内のオペレーションコードを制御信号に変換します。

• ③ タイミング ビート ジェネレーター: コンピューターをリズミカルかつ規則的に動作させるためのタイミング パルス ビート信号を生成します。

• # ④ 動作制御コンポーネント: 制御信号を組み合わせて各コンポーネントを制御し、対応する動作を完了します。

• ⑤命令カウンタ: 次の命令のアドレスを計算して指します。

基本スキル:

• データバッファ: I/Oデバイスの速度は遅いですが、CPUとメモリの速度は速いため、コントローラにバッファを設定する必要があります。出力時には、このバッファはホストから高速に送信されたデータを一時的に格納するために使用され、その後バッファ内のデータは I/O デバイスのレートで I/O デバイスに送信され、入力時にはバッファが使用されます。 I/Oデバイスから送信されたデータを一時的に蓄積し、一括受信後、バッファ内のデータをホストへ高速に送信します。

• エラー制御: デバイス コントローラーは、I/O デバイスによって送信されたデータのエラー検出も担当します。送信中にエラーが発生した場合、通常はエラー検出コードが設定されてCPUに通知されるため、CPUは今回送信したデータを無効にして再送信します。これにより、データ入力の正確さが保証されます。

• データ交換: CPU とコントローラ間、およびコントローラとデバイス間のデータ交換を指します。前者では、CPU がデータバスを介してコントローラーにデータを並列に書き込むか、コントローラーからデータを並列に読み出します。後者では、デバイスがコントローラーにデータを入力するか、コントローラーからデバイスにデータを送信します。この目的のために、コントローラにデータ レジスタを設定する必要があります。

• ステータスの説明: デバイスのステータスを識別して報告するコントローラーは、CPU が理解できるようにデバイスのステータスを書き留める必要があります。たとえば、CPU は、デバイスが送信準備完了状態にある場合にのみ、コントローラを起動してデバイスからデータを読み取ることができます。この目的を達成するには、ステータス レジスタをコントローラに設定し、その各ビットをデバイスの特定のステータスを反映するために使用する必要があります。 CPU がこのレジスタの内容を読み取ると、デバイスの状態を把握できます。

• コマンドの受信と認識: CPU はさまざまなコマンドをコントローラーに送信でき、デバイス コントローラーはこれらのコマンドを受信して​​認識できる必要があります。この目的を達成するには、受信したコマンドとパラメータを保存し、受信したコマンドをデコードするための、対応する制御レジスタがコントローラ内に存在する必要があります。たとえば、ディスク コントローラは CPU から Read、Write、Format など 15 種類のコマンドを受け取ることができ、一部のコマンドにはパラメータがあるため、ディスク コントローラには複数のレジスタとコマンド デコーダが存在します。

• アドレスの識別: メモリ内のすべてのユニットにアドレスがあるのと同じように、システム内のすべてのデバイスにもアドレスがあり、デバイス コントローラーはそれを識別できなければなりません。各デバイスが制御されます。さらに、CPU がレジスタにデータを書き込む (またはレジスタから読み出す) ためには、これらのレジスタに固有のアドレスが必要です。

詳細情報

CPU の場合、パフォーマンスに影響を与える主な指標は主な周波数とビットです。 CPU の番号と CPU のキャッシュされた命令セット。 CPU のいわゆるメイン周波数とは、CPU の性能を直接決定するクロック周波数を指します。したがって、CPU の性能を向上させたい場合は、CPU のメイン周波数を上げることが良い方法です。

CPU のビット数とは、プロセッサが一度に計算できる浮動小数点数の数を指します。一般に、CPU のビット数が大きいほど、CPU は演算を高速に実行します。 . .現在、CPU のビット数は 32 ビットまたは 64 ビットが一般的です。

かつて、人々が使用するコンピュータはすべて 32 ビット システムでしたが、近年、人々が使用するコンピュータに占める 64 ビット プロセッサの割合が大きくなってきています。 64 ビット コンピューターは高速になり、人々の作業効率が向上します。

CPU キャッシュ命令セットは CPU 内に保存されており、主に CPU の動作をガイドおよび最適化できるハード プログラムを指します。一般に、CPU キャッシュは 1 次キャッシュ、2 次キャッシュ、3 次キャッシュに分けられ、処理能力が高いプロセッサは通常、より大きな 3 次キャッシュを備えています。

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