編程必備基礎知識|電腦組成原理篇(09)：CPU的控制器和運算器

• 2019 年 10 月 3 日
• 筆記

電腦基礎方面的知識，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。關於電腦基礎的課程很多，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，電腦基礎知識體系龐雜，想要從零學習或者複習都耗時耗力。

有鑒於此，本系列文章將帶你更快的補足編程必備基礎知識，涵蓋電腦領域三大基礎知識：電腦組成原理、作業系統、電腦網路，這些都是大學電腦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：

• 幫助大家形成電腦知識的結構體系
• 幫助大家理解電腦底層原理
• 幫助大家在工作實踐中借鑒其中的優秀設計

本篇是電腦組成原理之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，用於協調和控制電腦的運行，它的構成如下圖所示：

下面逐一簡單介紹。

程式計數器（Program Counter）

簡稱PC，用來存儲從記憶體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，將指令由記憶體取到指令暫存器中，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，保證程式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。

指令暫存器

用於快取從記憶體或高速快取里取出的指令，CPU執行指令時，就可以從指令暫存器中取出相關指令來進行執行。

主存地址暫存器

保存當前CPU正要訪問的記憶體單元的地址，通過匯流排跟主存通訊。

主存數據暫存器

保存當前CPU正要讀或寫的主存數據，通過匯流排與主存通訊。

通用暫存器

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。

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

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）。

狀態字暫存器

存放運算狀態（條件碼、進位、溢出、結果正負等）和運算控制資訊。

通用暫存器

暫時存放或傳送數據或指令，保存ALU的運算中間結果。