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从构造方面来看，处理器大致可分为八个单元：

　　第一：指令高速缓存，俗称指令寄存器。它是芯片上的指令仓库，有了它微处理器就不必停下来等待计算机内存中的指令，从而大幅提高了处理器的运算速度。

　　第二，译码单元，俗称指令译码器。它负责将复杂的机器语言指令解译成运算逻辑单元（ALU）和寄存器能够理解的简单格式(机器语言还要进一步译码！)，就像一位外交官。

　　第三：控制单元。既然指令可以存入处理器，而且有相应指令来完成运算前的准备工作，背后自然有一个扮演推动作用的角色——它便是负责整个处理过程的操作控制器。根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元（ALU）和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。

　　第四：寄存器。它对于处理器来说非常的重要，除了存放程序的部分指令，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元（ALU）为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域，其数据来源可以是高速缓存、内存、控制单元中的任何一个。

　　第五：逻辑运算单元（ALU）。它是处理器芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元会从寄存器中间断或连续提取数据，完成最终的任务。

　　第六：预取单元。处理器效能发挥对其依赖非常明显，预取命中率的高低直接关系到处理器核心利用率的高低，进而带来指令执行速度上的不同。根据命令或要执行任务所提出的要求，何时时候，预取单元都有可能从指令高速缓存或计算机内存中获取数据和指令。当指令到达时，预取单元最重要的任务就是确保所有指令均排列正确，然后发送给译码单元。

　　第七：总线单元，它就像一条高速公路，快速完成各个单元间的数据交换，也是数据从内存流进和流出处理器的地方。

　　第八：数据高速缓存。存储来自译码单元专门标记的数据，以备逻辑运算单元使用，同时还准备了分配到计算机不同部分的最终结果。

　　通过以上介绍可以看出处理器虽小，内部却像一个发达的装配工厂，环环相扣，层层相套。正因为有了相互间的协作配合，才使得指令最终得以执行，才构成了图文并茂、影像结合的神奇数字世界，也为人类开启了一道极具想象空间的大门。在这里人类将把梦想变成现实，在这里人类将把智慧的触角延伸到更多的角落。

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处理器工作原理解析

处理器如何工作，如何完成数据的处理以及指令的调取，在这个微观的世界里遵循着怎样的生产流程呢？接下来笔者就带领大家到这个大工厂里面去参观参观，本着简洁易懂的原则，叙述上尽量力求精辟，希望能使大家不虚此行。

　　首先让我们来看一下处理器的工作原理

　　一个工厂对产品的加工过程：

　　进入工厂的原料（程序指令），结过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出的成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储单元）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。

　　处理器的工作原理：

　　从控制单元开始，处理器就开始了正式工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作结束。

首先，指令指针会通知处理器，将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号（称为地址），可以根据这些地址把数据取出，通过地址总线送到控制单元中，指令译码器从指令寄存器IR中拿来指令，翻译成处理器可以执行的形式，然后决定完成该指令需要哪些必要的操作，它将告诉算术逻辑单元（ALU）什么时候计算，告诉指令读取器什么时候取数值，告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。

　　根据对指令类型的分析和特殊工作状态的需要，处理器设置了六种工作周期，分别用六个触发器来表示它们的状态，任一时刻只许一个触发器为1，表示处理器所处周期状态，即指令执行过程中的某个阶段。

　　1.取指周期（FC）

　　处理器在FC中完成取指所需要操作。每条指令都必须经历取指周期FC，在FC中完成的操作与指令操作码无关的公共操作。但FC结束后转向哪个周期则与本周期中取出的指令类型有关。

　　2.源周期（SC）

　　处理器在SC中完成取源操作数所需的操作。如指令需要源操作数，则进入SC。在SC中根据指令寄存器IR的源地址信息，形成源地址，读取源操作数。

　　3.目的周期（DC）

　　如果处理器需要获得目的操作数或形成目的地址，则进DC。在DC中根据IR中的目的地址信息进行相应操作。

　　4.执行周期（EC）

　　处理器在取得操作数后，则进入EC，这也是第条指令都经历的最后一个工作阶段。在EC中将依据IR中的操作码执行相应操作，如传递、算术运算、逻辑运算、形成转移地址等。

　　5.中断响应周期（IC）

　　处理器除了考虑指令正常执行，还应考虑对外部中断请的处理。处理器在向应中断请求后，进入中断响应周期IC。在IC中将直接依靠硬件进行保存断点、关中断、转中断服务程序入口等操作，IC结束转入取指周期，开始执行中断服务程序。

　　6.DMA传送周期（DMAC）

　　处理器响应DMA（直接存储器存取）请求后，进入DMAC中，处理器交出系统总线的控制权，由DMA（直接存储器存取）控制器控制系统总线，实现主存与外围设备之间的数据直接传送。因此对处理器来说，DMAC是一个空操作周期。

　　处理器控制流程，描述了工作周期状态变化情况：

　　为了简化控制逻辑，限制在一条指令结束是判断有无DMA（直接存储器存取）请求，若有请求，将插入DMAC；如果在一个DMAC结束前又提出新的DMA请求，则连续安排若干DMA传送周期。

　　如果没有DMA（直接存储器存取）请求，则继续判断有无中断请求，若有则进入IC。在IC中完成需的操作后向新的FC，这表明进入中断服务程序。

　　结语：

　　通过以上“生产”环节，处理器完成了令人难以置信的工作，为人类缔造了一个美妙的数字世界。或许你认为这些与你的实际应用无关，但相信对于那些处在编程学习或程序编制中的人来说，无疑是一盏明灯。处理器中任何一个微小的技术都将折射出人类更加光明的未来。

转自：lining's kernel blog