深入探討CPU結(jié)構(gòu)，CPU結(jié)構(gòu)之運(yùn)算器詳述!!!

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運(yùn)算器是指計(jì)算機(jī)中進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件， 其中算術(shù)邏輯單元是中央處理核心的部分。

(1)算術(shù)邏輯單元(ALU)。算術(shù)邏輯單元是指能實(shí)現(xiàn)多組算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算的組合邏輯電路，其是中央處理中的重要組成部分。算術(shù)邏輯單元的運(yùn)算主要是進(jìn)行二位元算術(shù)運(yùn)算，如加法、減法、乘法。在運(yùn)算過程中，算術(shù)邏輯單元主要是以計(jì)算機(jī)指令集中執(zhí)行算術(shù)與邏輯操作，通常來說，ALU能夠發(fā)揮直接讀入讀出的作用，具體體現(xiàn)在處理器控制器、內(nèi)存及輸入輸出設(shè)備等方面，輸入輸出是建立在總線的基礎(chǔ)上實(shí)施。輸入指令包含一個(gè)指令字，其中包括操作碼、格式碼等。在計(jì)算機(jī)中，算術(shù)邏輯單元(ALU)是專門執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的數(shù)字電路。ALU是計(jì)算機(jī)中央處理器的最重要組成部分，甚至連最小的微處理器也包含ALU作計(jì)數(shù)功能。在現(xiàn)代CPU和GPU處理器中已含有功能強(qiáng)大和復(fù)雜的ALU;一個(gè)單一的元件也可能含有ALU。ALU必須與數(shù)字電路的其他部分使用同樣的格式來進(jìn)行數(shù)字處理。對(duì)現(xiàn)代處理器而言，數(shù)值一律使用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。早期的計(jì)算機(jī)曾使用過很多種數(shù)字系統(tǒng)，包括反碼、符號(hào)數(shù)值碼，甚至是十進(jìn)制碼，每一位用十個(gè)管子。以上這每一種數(shù)字系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的ALU都有不同的設(shè)計(jì)，而這也影響了當(dāng)前對(duì)二進(jìn)制補(bǔ)碼的優(yōu)先選擇，因?yàn)槎M(jìn)制補(bǔ)碼能簡化ALU加法和減法的運(yùn)算。一個(gè)簡單的能進(jìn)行與或非和加運(yùn)算的2位ALU。

(2)中間寄存器(IR)。其長度為 128 位，其通過操作數(shù)來決定實(shí)際長度。IR 在“進(jìn)棧并取數(shù)”指令中發(fā)揮重要作用，在執(zhí)行該指令過程中，將ACC的內(nèi)容發(fā)送于IR，之后將操作數(shù)取到ACC，后將IR內(nèi)容進(jìn)棧。

(3)運(yùn)算累加器(ACC)。在中央處理器中，累加器 (accumulator) 是一種寄存器，用來儲(chǔ)存計(jì)算產(chǎn)生的中間結(jié)果。如果沒有像累加器這樣的寄存器，那么在每次計(jì)算 (加法，乘法，移位等等) 后就必須要把結(jié)果寫回到 內(nèi)存，也許馬上就得讀回來。然而存取主存的速度是比從算術(shù)邏輯單元到有直接路徑的累加器存取更慢。當(dāng)前的寄存器一般都是單累加器，其長度為128位。對(duì)于ACC來說，可以將它看成可變長的累加器。在敘述指令過程中，ACC長度的表示一般都是將ACS的值作為依據(jù)，而ACS長度與 ACC 長度有著直接聯(lián)系，ACS長度的加倍或減半也可以看作ACC長度加倍或減半。

(4)描述字寄存器(DR)。其主要應(yīng)用于存放與修改描述字中。DR的長度為64位，為了簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理，使用描述字發(fā)揮重要作用。

(5)B寄存器。寄存器的功能是存儲(chǔ)二進(jìn)制代碼，它是由具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的。一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼，故存放n位二進(jìn)制代碼的寄存器，需用n個(gè)觸發(fā)器來構(gòu)成。其在指令的修改中發(fā)揮重要作用，B 寄存器長度為32位，在修改地址過程中能保存地址修改量，主存地址只能用描述字進(jìn)行修改。指向數(shù)組中的第一個(gè)元素就是描述字，因此，訪問數(shù)組中的其它元素應(yīng)當(dāng)需要用修改量。對(duì)于數(shù)組成來說，其是由大小一樣的數(shù)據(jù)或者大小相同的元素組成的，且連續(xù)存儲(chǔ)，常見的訪問方式為向量描述字，因?yàn)橄蛄棵枋鲎种械牡刂窞樽止?jié)地址，所以，在進(jìn)行換算過程中，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行基本地址的相加。對(duì)于換算工作來說，主要是由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)過程中尤其要注意對(duì)齊，以免越出數(shù)組界限。

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