软考中项（软件评测师）——第一节 计算机系统的基础组成

计算机系统由软件系统和硬件系统组成，软件系统包含：系统软件、中间件、应用软件；硬件系统包含：主机和外部设备，那么主机又包括比如CPU（控制器、寄存器组、内部总线）、内存储器（主存储器）；同样外部设备包含输入设备、输出设备、外存储器（辅助存储器），本节重点为CPU部分且为考试考点。

1、CPU的概述

（1）CPU是中央处理单元的缩写，简称为微处理器，常称为处理器。

（2）主要功能：

指令控制：CPU通过指令来控制程序执行的顺序。

操作控制：一条指令功能的实现需要若干操作信号来完成的，那么CPU产生的每条指令将操作信号送往不同的部件，控制相应的部件按照指令的功能要求来进行操作。

时序控制：通过时序电路产生的时钟信号来进行定时控制各种操作按照指定的时序来进行时间顺序。

数据处理：在CPU的控制下来完成对数据的加工处理，除此之外CPU还要对它的内部、外部的中断进行处理，比如DMA请求来进行处理。

2、CPU的组成

（1）*运算器： 属于加工处理的部件，完成计算机的算数和逻辑运算 ，是一个执行部件。

（2）*控制器：运算器接收整个过程中控制器的命令来进行操作，发号施令。·

（3）寄存器组：专用寄存器和通用寄存器。运算器、控制器属于专用寄存器组。通用寄存器组用途广泛，由程序员规定它的用途，用于暂存操作数或地址，可以减少访问内存的次数，提高运算速度。

（4）内部总线：将运算器、控制器、寄存器组连接在一起的总线。

运算器的组成部件：

*算数逻辑单元（ALU）：负责处理数据实现对数据的算术运算以及逻辑运算。

*累加器（AC）也叫累加寄存器：当运算器的算数逻辑单元执行数据的算术运算或者说逻辑运算时为ALU提供一个工作区。比如执行减法时，先将被减数取出来暂存累加器中，再从内存中取出减数同累加器中的内容相减，然后将所得的结果再送回到累加器中。运算器中至少有一个累加器，累加器是通用的寄存器不是专用的寄存器。

数据缓冲寄存器（DR）：在内存储器读、写这些操作时就会使用它暂时的存放由内存读写的一条指令或者说一个数据字，将不同时间段的读或者写进行隔离。

状态条件寄存器（PSW）：保存由算数指令和逻辑指令运行或者说测试的结果建立的各种条件码的一些内容。主要是状态标志还有控制标志，分别由一位触发器保存，保存了当前指令执行完成之后的一个状态。

控制器的组成部件：

指令寄存器（IR）：当CPU执行指令的时候先从内存储器取到缓冲寄存器中，再存到指令寄存器进行暂时的存储，指令译码器根据指令寄存器内容产生各种微操作的指令来控制其他组成部件工作，最后完成所需要的功能。

程序计数器*（PC）：寄存信息和计数两种功能，所以经常被称为指令计数器。程序的执行分为两种情况：顺序执行和转移执行。程序开始执行时将起始地址送到PC，这个地址在程序加载到内存的时候来进行确定，所以说PC的内容是程序第一条执行指令的地址。执行指令时CPU自动的修改PC，以便CPU保持，总是将要执行的下一条指令的地址。

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存在着速度差异，所以需要使用AR来保存地址信息，直到内存的读操作或写操作完成为止。

指令译码器（ID）：指令分为操作码和地址码，为了能够执行任何给定的指令必须对操作码进行分析，以便识别所完成的操作，对指令中的操作码字段进行分析、解释。来识别指令规定的操作向这个操作控制器发送具体的控制信号来控制客户间的操作，完成所需要的功能。

时序部件：产生时序脉冲和节拍电位来控制计算机各部件工作。

微操作信号发生器：根据指令提供的操作信号和时序产生器提供的时序信号，以及各部件功能反馈的一些状态信号综合成一个特定的操作的序列来完成对指令的特定控制。

执行指令的过程：

取指令——指令译码器翻译——按照指令操作码来执行——形成下一条指令的地址，如果非转移类指令会修改程序计数器的内容；如果是转移类指令会根据转移条件来修改程序计数器的内容。