處理器結構

基本概念

處理器一般指中央處理器，中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規模的積體電路，是一台計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的數據。

大多數現代電路設計都是用信號線上的高電壓和低電壓來表示不同的位值。

要實現一個數字系統需要三個主要的組成部分：

（1）計算對位進行操作的函式的組合邏輯（ALU）；

（2）存儲位的存儲器元素（暫存器）；

（3）控制存儲器元素更新的時鐘信號。

結構

CPU的根本任務就是執行指令，對計算機來說最終都是一串由“0”和“1”組成的序列。CPU從邏輯上可以劃分成3個模組，分別是控制單元、運算單元和存儲單元，這三部分由CPU內部匯流排連線起來。如下所示：

控制單元

控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令暫存器IR(Instruction Register)、指令解碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等，對協調整個電腦有序工作極為重要。它根據用戶預先編好的程式，依次從存儲器中取出各條指令，放在指令暫存器IR中，通過指令解碼(分析)確定應該進行什麼操作，然後通過操作控制器OC，按確定的時序，向相應的部件發出微操作控制信號。操作控制器OC中主要包括節拍脈衝發生器、控制矩陣、時鐘脈衝發生器、復位電路和啟停電路等控制邏輯。

運算單元

是運算器的核心。可以執行算術運算(包括加減乘數等基本運算及其附加運算)和邏輯運算(包括移位、邏輯測試或兩個值比較)。相對控制單元而言，運算器接受控制單元的命令而進行動作，即運算單元所進行的全部操作都是由控制單元發出的控制信號來指揮的，所以它是執行部件。

存儲單元

包括CPU片內快取和暫存器組，是CPU中暫時存放數據的地方，裡面保存著那些等待處理的數據，或已經處理過的數據，CPU訪問暫存器所用的時間要比訪問記憶體的時間短。採用暫存器，可以減少CPU訪問記憶體的次數，從而提高了CPU的工作速度。但因為受到晶片面積和集成度所限，暫存器組的容量不可能很大。暫存器組可分為專用暫存器和通用暫存器。專用暫存器的作用是固定的，分別暫存相應的數據。而通用暫存器用途廣泛並可由程式設計師規定其用途，通用暫存器的數目因微處理器而異。這個是我們以後要介紹這個重點，這裡先提一下。

工作原理

我們將上圖細化一下，可以得出CPU的工作原理概括如下：

總的來說，CPU從記憶體中一條一條地取出指令和相應的數據，按指令操作碼的規定，對數據進行運算處理，直到程式執行完畢為止。

處理器的邏輯單元

更細一點，從實現的功能方面看，CPU大致可分為如下八個邏輯單元：

（1）指令暫存器：它是晶片上的指令倉庫，有了它CPU就不必停下來查找計算機記憶體中的指令，從而大幅提高了CPU的運算速度。