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程序的運行過程,實際上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的執(zhí)行過程。當程序要執(zhí)行的部分被裝載到內(nèi)存后,CPU要從內(nèi)存中取出指令,然后指令解了碼(以便知道類型和操作數(shù),簡單的理解為CPU要知道這是什么指令),然后執(zhí)行該指令。再然后取下一個指令、解了碼、執(zhí)行,以此類推直到程序退出。
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有強大的算術(shù)運算單 元,可以在很少的時鐘周期內(nèi)完成算術(shù)計算。同時,有很大的緩存可以保存很多數(shù)據(jù)在里面。此外,還有復雜的邏輯控制單元,當程序有多個分支的時候, 通過提供分支預測的能力來降低延了時。GPU是基于大的吞吐量設(shè)計,有很多的算術(shù)運算單元和很少的緩存。同時GPU支持大量的線程同時運行,如果他們需要訪問同一個數(shù)據(jù),緩存會合并這些訪問,自然會帶來延了時的問題。盡管有延了時,但是因為其算術(shù)運算單元的數(shù)量龐大,因此能夠達到一個非常大的吞吐量的效果。
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。