6ES7417-4XL00-0AB0模塊
馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)。在該體系結(jié)構(gòu)下，程序和數(shù)據(jù)統(tǒng) 存儲，指令和數(shù)據(jù)需要從同 存儲空間存取，經(jīng)由同 總線傳輸，無法重疊執(zhí)行。根據(jù)馮諾依曼體系，CPU的工作分為以下 5 個階段：取指令階段、指令譯碼階段、執(zhí)行指令階段、訪存取數(shù)和結(jié)果寫回。 [1]
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取指令（IF，instruction fetch），即將 條指令從主存儲器中取到指令寄存器的過程。程序計數(shù)器中的數(shù)值，用來指示當(dāng)前指令在主存中的位置。當(dāng) 條指令被取出后，PC中的數(shù)值將根據(jù)指令字長度自動遞增。 [1]
指令譯碼階段（ID，instruction decode），取出指令后，指令譯碼器按照預(yù)定的指令格式，對取回的指令進行拆分和解釋，識別區(qū)分出不同的指令類 別以及各種獲取操作數(shù)的方法。 [1]
執(zhí)行指令階段（EX，execute），具體實現(xiàn)指令的功能。CPU的不同部分被連接起來，以執(zhí)行所需的操作。
訪存取數(shù)階段（MEM，memory），根據(jù)指令需要訪問主存、讀取操作數(shù)，CPU得到操作數(shù)在主存中的地址，并從主存中讀取該操作數(shù)用于運算。部分指令不需要訪問主存，則可以跳過該階段。 [1]
結(jié)果寫回階段（WB，write back），作為 后 個階段，結(jié)果寫回階段把執(zhí)行指令階段的運行結(jié)果數(shù)據(jù)“寫回”到某種存儲形式。結(jié)果數(shù)據(jù) 般會被寫到CPU的內(nèi)部寄存器中，以便被后續(xù)的指令快速地存??；許多指令還會改變程序狀態(tài)字寄存器中標(biāo)志位的狀態(tài)，這些標(biāo)志位標(biāo)識著不同的操作結(jié)果，可被用來影響程序的動作。 [1]
在指令執(zhí)行完畢、結(jié)果數(shù)據(jù)寫回之后，若無意外事件（如結(jié)果溢出等）發(fā)生，計算機就從程序計數(shù)器中取得下 條指令地址，開始新 輪的循環(huán)，下 個指令周期將順序取出下 條指令。 [1]
對于CPU而言，影響其性能的指標(biāo)主要有主頻、 CPU的位數(shù)以及CPU的緩存指令集。所謂CPU的主頻，指的就是時鐘頻率，它直接的決定了CPU的性能，因此要想CPU的性能得到很好地提高，提高CPU的主頻是 個很好地途徑。而CPU的位數(shù)指的就是處理器能夠 次性計算的浮點數(shù)的位數(shù)，通常情況下，CPU的位數(shù)越高，CPU 進行運算時候的速度就會變得越快?，F(xiàn)在CPU的位數(shù) 般為32位或者64位。以前人們使用的計算機都是32位系統(tǒng)， 近年來人們使用的計算機的處理器中64位所占用的比例則顯得更多，這是因為64位的計算機的運行速度變得更快，提高了人們的工作效率。而CPU的緩存指令集是存儲在CPU內(nèi)部的，主要指的是能夠?qū)PU的運算進行指導(dǎo)以及優(yōu)化的硬程序。 般來講，CPU 的緩存可以分為 緩存、緩存和緩存，而那些處理能力比較強的處理器則 般具有較大的緩存。 [4]
通常來講，CPU的結(jié)構(gòu)可以大致分為運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。所謂運算邏輯部件，主要能夠進行相關(guān)的邏輯運算，如：可以執(zhí)行移位操作以及邏輯操作，除此之外還可以執(zhí)行定點或浮點算術(shù)運算操作以及地址運算和轉(zhuǎn)換等命令，是 種多功能的運算單元。而寄存器部件則是用來暫存指令、數(shù)據(jù)和地址的。控制部件則是主要用來對指令進行分析并且能夠發(fā)出相應(yīng)的控制信號。而計算機的內(nèi)存又可以分為隨機存取存儲器（RAM）和只讀儲存器(ROM)。兩者的區(qū)別在于，隨機存取存儲器能夠與CPU直接的進行數(shù)據(jù)的交換，也可以將其稱為主存。對于RAM可以隨時的進行讀寫，而且這個過程的速度很快，因此由于主存所具有的這個優(yōu)點也往往將其作為操作系統(tǒng)或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介；而只讀存儲器ROM是 種只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的存儲器，使用者對于其內(nèi)部存儲的資料沒有改變的權(quán)限也無法對其進行刪除，并且在電源關(guān)閉以后資料并不會消失。這種內(nèi)存也得到了廣泛的應(yīng)用，在那些資料不需要經(jīng)常變更的電子或電腦系統(tǒng)中得到了很好地應(yīng)用。 [4]
對于中央處理器來說，可將其看作個規(guī)模較大的集成電路，其主要任務(wù)是加工和處理各種數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)計算機的儲存容量相對較小，其對大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理過程中具有定難度，且處理效果相對較低。隨著我國信息技術(shù)水平的迅速發(fā)展，隨之出現(xiàn)了高配置的處理器計算機，將高配置處理器作為控制中心，對提高計算機CPU的結(jié)構(gòu)功能發(fā)揮重要作用。中央處理器中的核心部分就是控制器、運算器，其對提高計算機的整體功能起著重要作用，能夠?qū)崿F(xiàn)寄存控制、邏輯運算、信號收發(fā)等多項功能的擴散，為提升計算機的性能奠定良好基礎(chǔ)。 [2]
集成電路在計算機內(nèi)起到了調(diào)控信號的作用，根據(jù)用戶操作指令執(zhí)行不同的指令任務(wù)。中央處理器是塊超大規(guī)模的集成電路。它由運算器、控制器、寄存器等組成，如下圖，關(guān)鍵操作在于對各類數(shù)據(jù)的加工和處理。 [5]
傳統(tǒng)計算機存儲容量較小，面對大規(guī)模數(shù)據(jù)集的操作效率偏低。新代計算機采用高配置處理器作為控制中心，CPU在結(jié)構(gòu)功能方面有了很大的提升空間。中央處理器以運算器、控制器為主要裝置，逐漸擴散為邏輯運算、寄存控制、程序編碼、信號收發(fā)等多項功能。這些都加快了CPU調(diào)控性能的優(yōu)化升。 [5]
CPU總線是在計算機系統(tǒng)中 快的總線，同時也是芯片組與主板的核心。人們通常把和CPU直接相連的局部總線叫做CPU總線或者稱之為內(nèi)部總線，將那些和各種通用的擴展槽相接的局部總線叫做系統(tǒng)總線或者是外部總線。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較單的CPU中，往往只設(shè)置組數(shù)據(jù)傳送的總線即CPU內(nèi)部總線，用來將CPU內(nèi)部的寄存器和算數(shù)邏輯運算部件等連接起來，因此也可以將這類的總線稱之為ALU總線。而部件內(nèi)的總線，通過使用組總線將各個芯片連接到起，因此可以將其稱為部件內(nèi)總線，般會包含地址線以及數(shù)據(jù)線這兩組線路。系統(tǒng)總線指的是將系統(tǒng)內(nèi)部的各個組成部分連接在起的線路，是將系統(tǒng)的整體連接到起的基礎(chǔ)；而系統(tǒng)外的總線，是將計算機和其他的設(shè)備連接到起的基礎(chǔ)線路。 [4]
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