如何理解計算機的控制器和運算器（計算機組成原理）

2023-07-26 00:48:05

計算機基礎方面的知識，對於一些非科班出身的同學來講，一直是他們心中的痛，而對於科班出身的同學，很多同學在工作之後，也意識到自身所學知識的不足與欠缺，想回頭補補基礎知識。關於計算機基礎的課程很多，內容繁雜，但無論是相關書籍還是大學課程，都有點脫離工作。特別地，計算機基礎知識體系龐雜，想要從零學習或者複習都耗時耗力。

有鑑於此，本系列文章將帶你更快的補足編程必備基礎知識，涵蓋計算機領域三大基礎知識：計算機組成原理、作業系統、計算機網絡，這些都是大學計算機課程裡面最重要的內容。文章對這些內容做了提煉和總結，摒棄了作為程式設計師不需要掌握的知識。

目的是：

本篇是計算機組成原理之CPU的控制器和運算器

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控制器

控制器是CPU的組成部分，用於協調和控制計算機的運行。

控制器的主要部件

下面逐一簡單介紹。

程序計數器（Program Counter）

簡稱PC，用來存儲從內存提取的下一條指令的地址。當CPU執行一條指令時，首先需要根據PC中存放的指令地址，將指令由內存取到指令寄存器中，此過程稱為「取指令」。與此同時，PC中的地址或自動加1或由轉移指針給出下一條指令的地址，此後經過分析指令，執行指令，完成第一條指令的執行，而後根據PC取出第二條指令的地址，如此循環，執行每一條指令，保證程序能夠連續地執行下去。

時序發生器

用於發送時序脈衝，CPU依據不同的時序脈衝有節奏地進行工作，類似於CPU的節拍器。

指令編譯器

用於翻譯指令及控制傳輸指令包含的數據。

指令寄存器

用於緩存從內存或高速緩存裡取出的指令，CPU執行指令時，就可以從指令寄存器中取出相關指令來進行執行。

主存地址寄存器

保存當前CPU正要訪問的內存單元的地址，通過總線跟主存通信。

主存數據寄存器

保存當前CPU正要讀或寫的主存數據，通過總線與主存通信。

通用寄存器

用於暫時存放或傳送數據或指令。

運算器

運算器是用來進行數據運算加工的。

運算器的主要部件

數據緩衝器

分為輸入緩衝和輸出緩衝，輸入緩衝暫時存放外設送過來的數據，輸出緩衝暫時存放送往外設的數據。

ALU

全稱為算數邏輯單元，是運算器的主要部件，能完成常見的位運算（左移、右移、與、或、非等）和算術運算（加減乘除等）。

狀態字寄存器

存放運算狀態（條件碼、進位、溢出、結果正負等）和運算控制信息。

通用寄存器

暫時存放或傳送數據或指令，保存ALU的運算中間結果。

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