计算机系统硬件基本组成

计算机系统硬件基本组成

计算机硬件5大部件： 控制器、运算器、存储器、输入和输出设备。

中央处理单元(CPU)是计算机系统的核心部件，它负责获取程序指令、对指令进行译码并加以执行。

1.CPU的功能：

(1)程序控制：CPU 通过执行指令来控制程序的执行顺序，这是 CPU的重要功能。

(2)操作控制：一条指令功能的实现需要若干操作信号配合来完成，CPU 产生每条指令的操作信号并将操作信号送往对应的部件，控制相应的部件按指令的功能要求进行操作。

(3)时间控制：CPU对各种操作进行时间上的控制，即指令执行过程中操作信号的出现时间、持续时间及出现的时间顺序都需要进行严格控制。

(4)数据处理：CPU通过对数据进行算术运算及逻辑运算等方式进行加工处理，数据加工处理的结果被人们所利用。所以，对数据的加工处理也是 CPU 最根本的任务。此外，CPU还需要对系统内部和外部的中断(异常)做出响应，进行相应的处理。

2.CPU 的组成：

主要由 运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成

运算器的组成：

算术逻辑单元(ALU)：负责处理数据，实现对数据的算术运算和逻辑运算。

累加寄存器(AC)：当运算器的算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为 ALU 提供一个工作区(存储中间操作数或结果)。例如，在执行一个减法运算前，先将被减数取出暂存在 AC中，再从内存储器中取出减数，然后同 AC 的内容相减将所得的结果送回 AC中。运算的结果是放在累加器中的,运算器中至少要有一个累加寄存器。

数据缓冲寄存器(DR)：在对内存储器进行读/写操作时，用 DR 暂时存放由内存储器读/写的一条指令或一个数据字，将不同时间段内读/写的数据隔离开来。

状态条件寄存器(PSW)：PSW 保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，主要分为状态标志和控制标志。例如：运算结果进位标志©、运算结果溢出标志(V)、运算结果为0标志(Z)、运算结果为负标志(N)、中断标志(I)、方向标志(D)和单步标志等。

运算器的功能

(1)执行所有的算术运算，例如加、减、乘、除等基本运算及附加运算。

(2)执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试，例如与、或、非、零值测试或两个值的比较等。

控制器的组成

指令寄存器(IR):当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓冲寄存器中再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他的组成部件工作,完成所需的功能。

程序计数器(PC):PC存储下一条将要执行的指令的内存地址，通过自动加1实现指令的顺序执行。（通过修改PC值，实现程序的转移和分支‌）。

地址寄存器(AR):保存当前 CPU 所访问的内存单元的地址。由于内存和 CPU存在着操作速度上的差异，所以需要使用 AR 保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。

指令译码器(ID)：对指令中的操作码字段进行分析解释，识别该指令规定的操作，向操作控制器发出具体的控制信号，控制各部件工作，完成所需的功能。

控制器的功能

运算器只能完成运算，而控制器用于控制整个 CPU 的工作，它决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。

以下是例题

考生回忆版】CPU执行算术运算或者逻辑运算时，其ALU（算术逻辑运算部件）将计算结果保存在（ ）中。

A:程序计数器（PC）

B:指令寄存器（IR）

C:地址寄存器（AR）

D:累加器（AC）

正确答案:D

‌累加器（AC）‌是CPU中专门用于暂存ALU运算结果的寄存器，是算术逻辑运算的核心存储部件。

‌选项分析‌：

‌A. 程序计数器（PC）‌：用于存储下一条指令的地址，与运算结果无关。

‌B. 指令寄存器（IR）‌：用于暂存当前指令，不参与运算结果存储。

‌C. 地址寄存器（AR）‌：用于暂存内存地址，与运算结果无关。

‌D. 累加器（AC）‌：专门用于暂存ALU运算结果，是正确答案。

‌结论‌：累加器（AC）是ALU运算结果的存储位置，其他选项均属于控制器或地址相关部件。

【考生回忆版】属于CPU中算术逻辑单元的部件是（ ）。【2024年上半年】

选项A:指令寄存器

选项B:指令译码器

选项C:程序计数器

选项D:加法器

正确答案：D

解析：‌算术逻辑单元（ALU）‌是CPU中执行算术和逻辑运算的核心部件，主要包括加法器、减法器、逻辑运算电路等。

其他选项均属于控制器部件。

【考生回忆版】计算机系统组成中，（ ）负责将程序指令从主存取到CPU进行执行。

选项A:控制器

选项B:高速缓存

选项C:算术逻辑单元

选项D:数据通路

正确答案:A

解析:本题考查计算机组成相关概念。

在计算机中，CPU分为控制器和运算器两个部分，控制器负责协调和控制，运算器负责算术运算和逻辑运算

控制器是计算机系统组成中的一个核心组件，它负责协调和管理系统中的各个部件，包括主存、CPU、输入输出设备等。控制器的功能之一是将程序指令从主存取到CPU进行执行。本题选择A选项控制器。

B选项高速缓存是用于暂存主存中的数据以提高CPU的读取效率。C选项算术逻辑单元负责执行算术运算和逻辑运算。D选项数据通路的功能是实现CPU内部的运算器与寄存器及寄存器之间的数据交换。

BCD选项与本题题干描述不符。

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