CPU組織計算機組成與體系結構CPUCentralProcessingUnit主要構成運算器控制器高速緩存Cache數據通路（內部總線）……CPU的功能指令控制：程序的順序控制，稱為指令控制。由于程序是一個指令序列，這些指令的相互順序不能任意顛倒，嚴格按程序規定的順序進行，因此，保證機器按順序執行程序是CPU的首要任務。操作控制：一條指令的功能往往是由若干個操作信號的組合來實現的，因此，CPU管理并產生由內存取出的每條指令的操作信號，把各種操作信號送往相應的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行操作。時間控制：對各種操作實施時間上的定時，稱為時間控制。因為在計算機中，各種指令的操作信號均受到時間的嚴格定時。另一方面，一條指令的整個執行過程也受到時間的嚴格定時。只有這樣，計算機才能有條不紊地自動工作。數據加工：所謂數據加工，就是對數據進行算術運算和邏輯運算處理。完成數據的加工處理，是CPU的根本任務，因為，原始信息只有經過加工處理后才能對人們有用。CPU的基本組成運算器：數據加工算術邏輯單元ALU累加寄存器（或通用寄存器）數據緩沖寄存器狀態條件寄存器控制器：發布命令的“決策機構”，即完成協調和指揮整個計算機系統的操作程序計數器指令寄存器、指令譯碼器時序產生器操作控制器控制器的主要功能從內存中取出一條指令，并指出下一條指令在內存中的位置。對指令進行譯碼或測試，并產生相應的操作控制信號，以便啟動規定的動作。指揮并控制CPU、內存和輸入/輸出設備之間數據流動的方向。簡化的CPU視圖寄存器組織用戶可見寄存器（User-VisibleRegister）允許機器語言或匯編語言的編程人員通過優化寄存器的使用而減少對主存的訪問。控制和狀態寄存器（ControlAndStatusRegister）用來控制CPU的操作并被特權的操作系統程序用于控制程序的執行。用戶可見寄存器通用寄存器（GeneralPurposeRegister）可被程序員指派各種用途。有時，它們在指令集中的使用是正交于操作的，即任何通用寄存器能為任何操作碼容納操作數。這提供了真正通用的意義。條件代碼（ConditionCodes）寄存器，也被稱為程序狀態字（ProgramStatusWord，PSW），CPU硬件設置這些條件位作為操作的結果。存儲數據寄存器僅可用于保持數據而不能用于操作數地址的計算。存儲地址寄存器可以是自身有某些通用性，或是專用于某種具體的尋址方式。控制和狀態寄存器程序計數器（PC）：含有待取指令的地址。指令寄存器（IR）：含有最近取來的指令。存儲地址寄存器（MAR）：含有存儲器位置的地址。存儲緩沖寄存器（MBR）：也稱為存儲數據寄存器（MDR），含有將被寫入存儲器的數據字或最近讀出的字。寄存器組織示例x86EFLAGSRegister簡單CPU模型操作控制器作用：根據指令，產生對應的控制信號類型硬布線控制器，它是采用組合邏輯控制器來實現的，它的優點是速度快，缺點是結構不規整，設計、調試、維護較困難微程序控制器，它是采用存儲邏輯來實現的，優點是設計規整，調試、維護、擴充指令方便控制器的時序系統計算機的協調動作需要時間標志，而時間標志則是用時序信號來體現的。一般來說，控制器發出的各種控制信號都是時間因素（時序信號）和空間因素（部件位置）的函數。時序產生器的作用就在于將各種控制信號嚴格定時，使多個控制信號在時間上相互配合完成某一功能。指令執行的基本過程取指令階段取指令階段對所有指令都是相同的，它是將程序計數器（PC）的內容作為地址去讀內存，將該單元的內容即指令讀出送往指令寄存器（IR）。同時PC的內容自增，指向下一條指令，也就是說取指令是一次內存的讀操作。取操作數階段取操作數僅針對操作數存放在內存的情況。由于尋址方式的不同（直接、間接、基址、相對、變址等），取操作數的過程也大不相同，取操作數是一次或多次內存的讀操作，還可能包括操作數地址的計算（如變址、基址、相對等）。執行指令階段執行指令是根據指令操作碼對操作數實施各種算術、邏輯及移位操作。對于結果地址在內存的，還應包括一次內存的寫操作。對于轉移指令或子程序調用及返回等指令，應對PC的內容進行更新。控制器的基本控制方式指令的繁簡程度不同，所需要的執行時間也有很大差異。如何根據具體情況實施不同的控制，就是控制方式所需要解決的問題基本方式同步控制方式異步控制方式準同步控制方式同步控制方式系統有一個統一的時鐘，所有的控制信號均來自這個統一的時鐘信號同步控制方式又可分為以下幾種定長指令周期定長CPU周期變長CPU周期、定長節拍周期折中方式異步控制方式異步控制方式中沒有統一的時鐘信號，各部件按自身固有的速度工作，通過應答方式進行聯絡異步控制相對于同步要復雜實例：內存或I/O設備的Ready信號準同步控制方式又稱為聯合控制方式，是介于同步異步中間的一種折中，或者說是異步方式的同步化準同步方式是CPU進行內存的讀/寫操作和I/O數據傳輸操作通常采用的方式，較好地解決了同步與異步的銜接問題組合邏輯控制器的時序系統指令周期、CPU周期、節拍周期和節拍脈沖組合邏輯控制器的時序產生器微程序控制器的時序系統與組合邏輯控制器的時序系統相比，微程序控制器的時序系統要簡單得多在微程序控制方式中，是將一條機器指令轉化為一段有微指令組成的微程序微指令的讀取和執行所用的時間定義為微程序控制器的基本時序單位，稱為“微周期”微程序控制器的時序系統模型機數據通路模型機指令系統尋址字段第3、2、1、0位尋址方式及相關寄存器0000寄存器尋址AX0001寄存器尋址BX0010寄存器尋址CX0011寄存器尋址DX0100寄存器間接尋址[BP]0101寄存器間接尋址[BX]0110寄存器間接尋址[SI]0111寄存器間接尋址[DI]1000立即尋址，雙字長指令，第二字為立即數imm1001未定義1010直接尋址，雙字長指令，第二字為Addr1011間接尋址，雙字長指令，第二字為[Addr]1100基址尋址，雙字長指令，第二字為disp，[BP+disp]1101相對