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              發(fā)布時間:2020-08-16 14:03  






              CPU主要包括兩個部分,即控制器、運算器,其中還包括高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內(nèi)部存儲器、輸入/輸出設(shè)備。CPU的功效主要為處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)。

              注:指令集的軟硬件層次之分:硬件指令集是硬件層次上由CPU自身提供的可執(zhí)行的指令集合。軟件指令集是指語言程序庫所提供的指令,只要安裝了該語言的程序庫,指令就可以執(zhí)行。






              CPU控制技術(shù)的主要形式,插入控制。CPU 對于操作控制信號的產(chǎn)生,主要是通過指令的功能來實現(xiàn)的,通過將指令發(fā)給相應(yīng)部件,達到控制這些部件的目的。實現(xiàn)一條指令功能,主要是通過計算機中的部件執(zhí)行一序列的操作來完成。較多的小控制元件是構(gòu)建集中處理模式的關(guān)鍵,目的是為了更好的完成CPU數(shù)據(jù)處理操作。

              除了嵌入式系統(tǒng),多數(shù)CPU都有兩種工作模式:內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。這兩種工作模式是由PSW寄存器上的一個二進制位來控制的。內(nèi)核態(tài)的CPU,可以執(zhí)行指令集中的所有指令,并使用硬件的所有功能。




              用戶態(tài)的CPU,只允許執(zhí)行指令集中的部分指令。一般而言,IO相關(guān)和把內(nèi)存保護相關(guān)的所有執(zhí)行在用戶態(tài)下都是被禁止的,此外其它一些特權(quán)指令也是被禁止的,比如用戶態(tài)下不能將PSW的模式設(shè)置控制位設(shè)置成內(nèi)核態(tài)。


              控制器之所以知道數(shù)據(jù)放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的,每個指令對應(yīng)一個基本操作,比如加法運算對應(yīng)一個指令。例如,將兩個MDR寄存器(保存了來自內(nèi)存的兩個數(shù)據(jù))中的值拷貝到ALU中,然后根據(jù)的操作指令執(zhí)行加法運算,將運算結(jié)果拷貝會一個MDR寄存器中,后寫入到內(nèi)存。





              用戶態(tài)CPU想要執(zhí)行特權(quán)操作,需要發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用來請求內(nèi)核幫忙完成對應(yīng)的操作。其實是在發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用后,CPU會執(zhí)行trap指令陷入(trap)到內(nèi)核。當(dāng)特權(quán)操作完成后,需要執(zhí)行一個指令讓CPU返回到用戶態(tài)。除了系統(tǒng)調(diào)用會陷入內(nèi)核,更多的是硬件會引起trap行為陷入內(nèi)核,使得CPU控制權(quán)可以回到操作系統(tǒng),以便操作系統(tǒng)去決定如何處理硬件異常。




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