中央处理器是电子计算机的主要核心设备之一,是计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。它主要包括两个部分,即运算器和控制器。其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。其功能主要是处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

(1)运算器

运算器(arithmetic unit)是整个计算机系统的核心,主要由执行算术运算和逻辑运算的算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,ALU)、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。

算术逻辑运算单元的基本功能为加、减、乘、除四则运算,“与”“或”“非”“异或”等逻辑操作,以及移位、求补等操作。计算机运行时,运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器;处理后的结果数据通常送回存储器,或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。

(2)控制器

控制器是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件,是计算机的神经中枢和指挥中心,由指令寄存器IR(Instruction Register)、程序计数器PC(Program Counter)和操作控制器OC(Operation Controller)等部件组成。在系统运行过程中,不断地生成指令地址、取出指令、分析指令、向计算机的各个部件发出微操作控制信号,协调整个计算机有序地工作。控制器主要分为组合逻辑控制器、微程序控制器。两种控制器都有各自的优点与不足,其中组合逻辑控制器结构相对较复杂,但优点是速度较快;微程序控制器设计的结构简单,但在修改一条机器指令功能中,需对微程序的全部重编。

(3)寄存器

在计算机中,寄存器是CPU内部的元件,包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。寄存器(register)是CPU内部用来存放数据(二进制代码)的一些小型存储区域,用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。它是一种常用的时序逻辑电路,但这种时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的,因为一个锁存器或触发器能存储一位二进制数,所以由n个锁存器或触发器可以构成n位寄存器。(www.daowen.com)

寄存器最起码具备以下四种功能:

①清除数码:将寄存器里的原有数码清除。

②接收数码:在接收脉冲作用下,将外输入数码存入寄存器中。

③存储数码:在没有新的写入脉冲来之前,寄存器能保存原有数码不变。

④输出数码:在输出脉冲作用下,通过电路输出数码。

仅具有以上功能的寄存器,称为数码寄存器;有的寄存器还具有移位功能,称为移位寄存器。

寄存器有串行和并行两种数码存取方式。将n位二进制数一次存入寄存器或从寄存器中读出的方式称为并行方式。将n位二进制数以每次1位,分成n次存入寄存器并从寄存器读出,这种方式称为串行方式。并行方式只需一个时钟脉冲就可以完成数据操作,工作速度快,但需要n根输入和输出数据线。串行方式要使用几个时钟脉冲完成输入或输出操作,工作速度慢,但只需要一根输入或输出数据线,传输线少,适用于远距离传输。