CPUを構成する部品は何ですか?

CPUを構成する部品には「計算機」と「コントローラ」があります。 CPU (Central Processing Unit) は主に 2 つの部分で構成されています: 1. 算術ユニットとは、さまざまな算術演算および論理演算を実行するコンピュータ内のコンポーネントを指し、その中で算術論理ユニットは中央処理コアの一部です。コントローラとは、主回路や制御回路の配線を所定の順序で切り替え、回路内の抵抗値を変化させてモータの起動、速度調整、制動、逆転などを制御する親機のことを指します。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

CPUを構成する部品には「計算機」と「コントローラ」があります。

中央処理装置 (CPU) は、コンピュータ システムのコンピューティングおよび制御コアとして、情報処理およびプログラム実行の最終実行ユニットです。 CPUは誕生以来、論理構造、動作効率、機能拡張において大きな進歩を遂げてきました。

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ています。 コンピュータの全体的な機能を向上させる上で重要な役割を果たし、レジスタ制御などの複数の機能の普及を実現できます。論理演算、信号の送受信など、コンピュータのパフォーマンスを向上させるための優れた基盤を築きます。

オペレーター

オペレーターは、さまざまな算術演算および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を指します。算術論理ユニットは中央処理コアの一部です。

(1) 算術論理演算装置 (ALU)。算術論理演算装置とは、複数の算術演算や論理演算を実現できる組み合わせ論理回路を指し、中央処理の重要な部分です。算術論理演算器の演算は主に加算、減算、乗算などの 2 ビット算術演算です。演算プロセス中、算術論理ユニットは主にコンピュータ命令を使用して算術論理演算を実行します。一般的に、ALU は直接読み取りおよび読み取りの役割を果たし、特にプロセッサ コントローラ、メモリ、および入力に反映されます。および出力デバイス、入力と出力はバスに基づいて実装されます。入力コマンドには、オペレーションコードやフォーマットコードなどの命令語が含まれます。

(2) 中間レジスタ (IR)。その長さは 128 ビットで、実際の長さはオペランドによって決まります。 IR は「プッシュ アンド フェッチ」命令で重要な役割を果たします。この命令の実行中に、ACC の内容が IR に送信され、次にオペランドが ACC にフェッチされ、その後 IR の内容がスタックにプッシュされます。

(3) 演算アキュムレータ (ACC)。現在のレジスタは通常、長さが 128 ビットの単一のアキュムレータです。 ACC の場合、可変長アキュムレータとみなすことができます。命令を記述するプロセスでは、ACC 長の表現は一般に ACS の値に基づいており、ACS 長は ACC 長に直接関係します。ACS 長の 2 倍または半分は、ACC 長の 2 倍または半分とみなすこともできます。 。

(4) ディスクリプタレジスタ（DR）。これは主に記述子の保存と変更に使用されます。 DR の長さは 64 ビットであり、データ構造の処理を簡略化するためには、ディスクリプタの使用が重要な役割を果たします。 [2]

(5)Bレジスタ。命令の変更に重要な役割を果たします B レジスタの長さは 32 ビットです アドレス変更処理時のアドレス変更量を節約できます メインメモリのアドレスはディスクリプタを使用してのみ変更できます記述子は配列内の最初の要素を指すため、配列内の他の要素にアクセスするには修飾子が必要です。配列の場合、同じサイズのデータ​​または同じサイズの要素で構成され、連続して格納されますが、一般的なアクセス方法はベクトルディスクリプタであり、ベクトルディスクリプタ内のアドレスはバイトアドレスであるため、変換中に処理を続行するときにこのプロセスでは、最初にベース アドレスを追加する必要があります。変換作業は主にハードウェアによって自動的に実行されますが、このプロセスでは配列の境界を超えないよう位置合わせに特別な注意を払う必要があります。

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され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。

コントローラとは、主回路や制御回路の配線を所定のシーケンスで切り替え、回路内の抵抗値を変化させて、モータの起動、速度調整、制動、逆転などを制御する親機のことをいいます。モーター。コントローラは、プログラムステータスレジスタPSR、システムステータスレジスタSSR、プログラムカウンタPC、命令レジスタなどで構成され、「意思決定機構」としてコマンドを発行し、動作の調整・指令の役割を担うのが主な役割です。コンピュータシステム全体のこと。制御には、組み合わせロジック コントローラーとマイクロプログラム コントローラーの 2 つの主なカテゴリがあり、どちらの部分にも独自の長所と短所があります。このうち、組み合わせ論理コントローラの構造は比較的複雑ですが、高速であるという利点があり、マイクロプログラムされたコントローラの設計は単純ですが、機械語命令の機能を変更する場合、マイクロプログラム全体を再プログラムする必要があります。

コントローラー内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。

幅広い知識: CPU の仕組み

フォン ノイマン アーキテクチャは、現代のコンピューターの基礎です。このアーキテクチャでは、プログラムとデータは均一に格納され、命令とデータは同じ記憶空間からアクセスされ、同じバスを介して送信される必要があり、重複して実行することはできません。フォン ノイマン システムによれば、CPU の作業は、命令フェッチ ステージ、命令デコード ステージ、命令実行ステージ、メモリ アクセス、および結果のライト バックの 5 つのステージに分割されます。

• 命令フェッチ (IF、命令フェッチ) は、メイン メモリから命令レジスタに命令をフェッチするプロセスです。プログラム カウンタの値は、メイン メモリ内の現在の命令の位置を示します。命令がフェッチされると、プログラム カウンタ (PC) の値が命令語長に応じて自動的にインクリメントされます。

#命令デコードステージ(ID、命令デコード)では、命令をフェッチした後、命令デコーダがフェッチした命令を所定の命令フォーマットに従って分割・解釈し、識別・区別します。命令カテゴリとオペランドを取得するさまざまな方法が示されています。最新の CISC プロセッサは分割を使用して並列処理と効率を向上させます。
実行命令フェーズ (EX、execute) は、具体的には命令の機能を実装します。 CPU のさまざまな部分が接続されて、必要な操作が実行されます。
アクセスおよびアクセスフェーズ (MEM、メモリ)、命令に従ってメインメモリにアクセスしてオペランドを読み取る必要があり、CPU はメインメモリ内のオペランドのアドレスを取得します。そして、メインメモリからオペランドを読み取ります。オペランドは読み込まれ、演算に使用されます。一部の命令はメイン メモリへのアクセスを必要としないため、この段階はスキップできます。
結果ライトバックステージ (WB、ライトバック)、最終ステージとして、結果ライトバックステージは、実行命令ステージの実行結果データを何らかの記憶形式に「書き戻す」 。結果データは通常、後続の命令ですぐにアクセスできるように CPU の内部レジスタに書き込まれます。多くの命令はプログラム ステータス ワード レジスタのフラグ ビットのステータスも変更します。これらのフラグ ビットはさまざまな演算結果を識別し、プログラムの動作に影響を与えるために使用されます。
命令が実行され、結果データが書き戻された後、予期しないイベント (結果のオーバーフローなど) が発生しなければ、コンピューターは次の命令アドレスを次の命令アドレスから取得します。プログラム カウンターを実行し、新しい命令を開始します。一連のループの後、次の命令が次の命令サイクルで順次フェッチされます。多くの複雑な CPU は、複数の命令を一度にフェッチし、デコードして、同時に実行できます。

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