计算机系统是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分包括运算器、控制器、显示器、磁盘和光盘等设备,以及实现这些设备功能的电路(硬件组件)等。
其中中央处理器(CPU)是计算机硬件的核心,它负责整个系统的输入输出处理和计算。软件部分包括操作系统、应用软件系统软件和应用软件和系统软件的接口。系统软件主要是管理和调度计算机系统资源,可以进一步分为操作系统、编程语言、数据库管理系统。应用软件则是用来实现特定应用的软件,例如办公自动化、医疗诊断等。
工作原理:
CPU的工作分为以下 5 个阶段:取指令阶段、指令译码阶段、执行指令阶段、访存取数和结果写回。
取指令(IF,instruction fetch),即将一条指令从主存储器中取到指令寄存器的过程。程序计数器中的数值,用来指示当前指令在主存中的位置。当 一条指令被取出后,程序计数器(PC)中的数值将根据指令字长度自动递增。
指令译码阶段(ID,instruction decode),取出指令后,指令译码器按照预定的指令格式,对取回的指令进行拆分和解释,识别区分出不同的指令类 别以及各种获取操作数的方法。现代CISC处理器会将拆分已提高并行率和效率。
执行指令阶段(EX,execute),具体实现指令的功能。CPU的不同部分被连接起来,以执行所需的操作。
访存取数阶段(MEM,memory),根据指令需要访问主存、读取操作数,CPU得到操作数在主存中的地址,并从主存中读取该操作数用于运算。部分指令不需要访问主存,则可以跳过该阶段。
结果写回阶段(WB,write back),作为最后一个阶段,结果写回阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式。
结果数据一般会被写到CPU的内部寄存器中,以便被后续的指令快速地存取;许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态,这些标志位标识着不同的操作结果,可被用来影响程序的动作。
在指令执行完毕、结果数据写回之后,若无意外事件(如结果溢出等)发生,计算机就从程序计数器中取得下一条指令地址,开始新一轮的循环,下一个指令周期将顺序取出下一条指令。