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Die Zentraleinheit (CPU) besteht hauptsächlich aus Recheneinheiten und Controllern. Die Recheneinheit ist eine Komponente im Computer, die verschiedene arithmetische Operationen und logische Operationen ausführt. Sie besteht aus einer arithmetischen Logikeinheit (ALU), einem Akkumulator, einem Statusregister, einer Allzweckregistergruppe usw. Der Controller ist das Nervenzentrum des Computers und steuert alle Komponenten in der Maschine in automatischer Koordination. Er besteht aus einem Programmzähler, einem Befehlsdecoder, einem Zeitgeber und einem Betriebscontroller „Entscheidungsmechanismus“, der Befehle erteilt, d. h. die Koordination und Steuerung des Betriebs des gesamten Computersystems übernimmt.

Woraus besteht eine Zentraleinheit (CPU) hauptsächlich?

Die Betriebsumgebung dieses Artikels: Windows 10-System, Thinkpad T480-Computer.

CPU besteht hauptsächlich aus Recheneinheiten und Controllern.

Die Zentraleinheit (CPU) ist eines der Hauptgeräte elektronischer Computer und die Kernkomponente des Computers. Seine Funktion besteht hauptsächlich darin, Computeranweisungen zu interpretieren und Daten in Computersoftware zu verarbeiten. Die CPU ist die Kernkomponente des Computers, die dafür verantwortlich ist, Anweisungen zu lesen, sie zu dekodieren und auszuführen.

Die Zentraleinheit besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich dem Controller und der Recheneinheit, zu denen auch der Cache-Speicher und der Daten- und Steuerbus gehören, der die Verbindung zwischen ihnen realisiert. Die drei Kernkomponenten eines elektronischen Computers sind die CPU, der interne Speicher und die Eingabe-/Ausgabegeräte. Die Funktionen der Zentraleinheit bestehen hauptsächlich darin, Anweisungen zu verarbeiten, Operationen auszuführen, die Zeit zu steuern und Daten zu verarbeiten.

Operator

Operator: Recheneinheit, eine Komponente in einem Computer, die verschiedene arithmetische und logische Operationen ausführt.

Die Recheneinheit besteht aus einer arithmetischen Logikeinheit (ALU), einem Akkumulator, einem Statusregister, einer Allzweckregistergruppe usw. Die Grundfunktionen der Arithmetic Logic Unit (ALU) sind die vier Rechenoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division, logische Operationen wie AND, OR, NOT und XOR sowie Operationen wie Shift und Komplement. Bei laufendem Computer werden die Operationen und Operationsarten der Recheneinheiten von der Steuerung bestimmt. Die vom Bediener verarbeiteten Daten stammen aus dem Speicher; die verarbeiteten Ergebnisdaten werden in der Regel an den Speicher zurückgesendet oder im Bediener zwischengespeichert. Zusammen mit der Control Unit bildet es den Kernbestandteil der CPU.

Recheneinheit ist eine Funktionskomponente in einem Computer, die Daten verarbeitet. Die Datenverarbeitung umfasst hauptsächlich arithmetische Operationen an Daten und logische Operationen an logischen Daten. Daher ist die Implementierung arithmetischer und logischer Operationen auf Daten die Kernfunktion der Recheneinheit.

Die Grundfunktion der Recheneinheit besteht darin, die Verarbeitung verschiedener Daten abzuschließen, wie z. B. die vier arithmetischen Operationen, logische Operationen wie AND, OR und Negation, arithmetische und logische Verschiebungsoperationen, das Vergleichen von Werten, das Ändern von Symbolen und die Hauptberechnung Speicheradressen usw. .

Die Register im Betreiber dienen der vorübergehenden Speicherung der an der Operation beteiligten Daten und der Zwischenergebnisse der Operation. Im Operator sollten auch entsprechende Komponenten eingerichtet werden, um die Eigenschaften eines Operationsergebnisses aufzuzeichnen, z. B. ob es überläuft, das Vorzeichenbit des Ergebnisses, ob das Ergebnis Null ist usw.

Typen von Operatoren:

Es gibt viele Arten von Operatoren, die in Computern verwendet werden. Aus verschiedenen Perspektiven betrachtet gibt es unterschiedliche Klassifizierungsmethoden.

Die Dezimalpunktdarstellung kann in Festkomma-Arithmetik und Gleitkomma-Arithmetik unterteilt werden.
- Die Festkomma-Recheneinheit kann nur Festkomma-Zahlenoperationen durchführen. Ihr Merkmal ist, dass der durch Maschinenzahlen dargestellte Bereich kleiner, aber die Struktur einfacher ist.
- Die Gleitkomma-Recheneinheit hat eine starke Funktion. Sie kann sowohl mit Gleitkommazahlen als auch mit Festkommazahlen arbeiten. Ihr Zahlendarstellungsbereich ist groß, aber die Struktur ist recht komplex.
ist hinsichtlich des Übertragssystems in Binärrechner und Dezimalrechner unterteilt.
- Allgemeine Computer verwenden binäre Recheneinheiten. Da Computer in der Geschäfts- und Datenverarbeitung weit verbreitet sind, erweitern immer mehr Maschinen die Funktion der Dezimalarithmetik, sodass die Recheneinheiten sowohl binäre als auch dezimale Operationen ausführen können.

Die Recheneinheit im Computer muss in der Lage sein, eine Vielzahl von Rechenoperationen auszuführen. Daher müssen verschiedene Algorithmen integriert werden, um eine vollständige Rechenkomponente zu entwerfen.

Controller

Der Controller ist das Nervenzentrum des Computers und steuert alle Komponenten der gesamten Maschine so, dass sie in automatisierter Koordination arbeiten. Unter der Steuerung des Controllers kann der Computer automatisch eine Reihe von Vorgängen gemäß den vom Programm festgelegten Schritten ausführen, um bestimmte Aufgaben zu erledigen. Es ist das „Entscheidungsgremium“, das Befehle erteilt, also die Abläufe des gesamten Computersystems koordiniert und steuert.

Die Hauptkomponenten im Controller sind wie folgt:

①Befehlsregister: speichert Anweisungen aus dem Speicher.
②Decoder: Übersetzen Sie den Operationscode in der Anweisung in ein Steuersignal.
③ Timing-Beat-Generator: Erzeugt Timing-Puls-Beat-Signale, damit der Computer rhythmisch und ordentlich arbeitet.
④ Betriebssteuerungskomponenten: Kombinieren Sie Steuersignale, um jede Komponente zu steuern und den entsprechenden Vorgang abzuschließen.
⑤Anweisungszähler: Berechnen Sie die Adresse der nächsten Anweisung und geben Sie sie an.

Grundfunktionen:

Datenpuffer: Da die Geschwindigkeit von E/A-Geräten niedrig, die Geschwindigkeit von CPU und Speicher jedoch hoch ist, muss im Controller ein Puffer eingerichtet werden. Während der Ausgabe wird dieser Puffer verwendet, um vom Host mit hoher Geschwindigkeit übertragene Daten vorübergehend zu speichern, und dann werden die Daten im Puffer mit der Geschwindigkeit des E/A-Geräts während der Eingabe an das E/A-Gerät übertragen Verwendet: Es speichert vorübergehend die vom E/A-Gerät gesendeten Daten und überträgt die Daten im Puffer nach dem Empfang eines Datenstapels mit hoher Geschwindigkeit an den Host.
Fehlerkontrolle: Der Gerätecontroller ist auch für die Fehlererkennung der vom E/A-Gerät übertragenen Daten verantwortlich. Wenn während der Übertragung ein Fehler auftritt, wird normalerweise der Fehlererkennungscode festgelegt und an die CPU gemeldet, sodass die CPU die diesmal übertragenen Daten ungültig macht und sie erneut überträgt. Dadurch wird die Korrektheit der Dateneingabe sichergestellt.
Datenaustausch: Damit ist der Datenaustausch zwischen der CPU und dem Controller sowie zwischen dem Controller und dem Gerät gemeint. Bei ersterem schreibt die CPU Daten parallel über den Datenbus in den Controller oder liest Daten parallel vom Controller. Bei letzterem gibt das Gerät Daten in den Controller ein oder überträgt Daten vom Controller an das Gerät. Zu diesem Zweck müssen Datenregister im Controller gesetzt werden.
Statusbeschreibung: Der Controller, der den Status eines Geräts identifiziert und meldet, sollte den Status des Geräts aufschreiben, damit die CPU ihn verstehen kann. Beispielsweise kann die CPU den Controller nur dann starten, um Daten vom Gerät zu lesen, wenn sich das Gerät in einem sendebereiten Zustand befindet. Zu diesem Zweck sollte in der Steuerung ein Statusregister eingerichtet werden, und jedes darin enthaltene Bit sollte verwendet werden, um einen bestimmten Status des Geräts widerzuspiegeln. Wenn die CPU den Inhalt dieses Registers liest, kann sie den Status des Geräts verstehen.
Befehle empfangen und erkennen: Die CPU kann viele verschiedene Befehle an den Controller senden, und der Gerätecontroller sollte in der Lage sein, diese Befehle zu empfangen und zu erkennen. Zu diesem Zweck sollte der Controller über entsprechende Steuerregister verfügen, um empfangene Befehle und Parameter zu speichern und die empfangenen Befehle zu dekodieren. Beispielsweise kann der Festplattencontroller 15 verschiedene Befehle wie Lesen, Schreiben und Formatieren von der CPU empfangen, und einige Befehle verfügen auch über Parameter. Dementsprechend gibt es im Festplattencontroller mehrere Register und Befehlsdecoder.
Adressidentifikation: So wie jede Einheit im Speicher eine Adresse hat, hat auch jedes Gerät im System eine Adresse, und der Gerätecontroller muss in der Lage sein, die Adresse jedes von ihm gesteuerten Geräts zu identifizieren. Damit die CPU Daten in (oder aus) Registern schreiben (oder lesen) kann, müssen diese Register außerdem eindeutige Adressen haben.

Erweiterte Informationen

Für die CPU sind die Hauptindikatoren, die ihre Leistung beeinflussen, die Hauptfrequenz, die Anzahl der Bits in der CPU und der Cache-Befehlssatz der CPU. Die sogenannte Hauptfrequenz der CPU bezieht sich auf die Taktfrequenz, die direkt die Leistung der CPU bestimmt. Wenn Sie daher die Leistung der CPU verbessern möchten, ist die Erhöhung der Hauptfrequenz der CPU eine gute Möglichkeit.

Die Anzahl der Bits der CPU bezieht sich auf die Anzahl der Gleitkommazahlen, die der Prozessor gleichzeitig berechnen kann. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Anzahl der Bits der CPU, desto schneller führt die CPU Operationen aus. Heutzutage beträgt die Anzahl der CPU-Bits im Allgemeinen 32 oder 64 Bit.

In der Vergangenheit waren die Computer, die von Menschen verwendet wurden, alle 32-Bit-Systeme. In den letzten Jahren schien der Anteil von 64-Bit-Prozessoren in den von Menschen verwendeten Computern größer zu sein. Dies liegt daran, dass 64-Bit-Computer schneller laufen und die Arbeitseffizienz der Menschen verbessern.

Der CPU-Cache-Befehlssatz wird in der CPU gespeichert und bezieht sich hauptsächlich auf die harten Programme, die den Betrieb der CPU steuern und optimieren können. Im Allgemeinen kann der CPU-Cache in Level-1-Cache, Level-2-Cache und Level-3-Cache unterteilt werden. Prozessoren mit stärkeren Verarbeitungskapazitäten verfügen im Allgemeinen über einen größeren Level-3-Cache.