1.4.2　中央处理器

计算机的中央处理器（CPU）主要由运算器和控制器组成，在计算机上中央处理器通常是一块超大规模的集成芯片，主要负责执行对信息的处理与控制，是整个计算机的核心。除了功能强大的处理器芯片外，还有配套的辅助芯片，计算机制造厂商可以方便地选用这些芯片组成微型计算机主机。

1.运算器

运算器是计算机中用于信息加工的部件，又称执行部件。它对数据编码进行算术运算和逻辑运算。

算术运算是按照算术规则进行的运算，如加、减、乘、除及它们的复合运算；逻辑运算一般泛指非算术性运算，例如，比较、移位、逻辑加、逻辑乘、逻辑取反及逻辑异或操作等。

运算器通常由算术逻辑部件（ALU）和一系列寄存器组成。ALU是具体完成算术与逻辑运算的部件。寄存器用于存放运算操作数。累加器除存放运算操作数外，在连续运算中，还用于存放中间结果和最后结果，累加器由此而得名。寄存器与累加器的数据均从存储器取得，累加器的最后结果也存放到存储器中。

寄存器、累加器及存储单元的长度应与ALU的字长相等或者是它的整数倍。现代计算机的运算器有多个寄存器，如8个、16个或32个不等，称之为通用寄存器组。设置通用寄存器组可以减少存储器的个数，提高运算器的速度。

2.控制器

控制器是全机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。控制器工作的实质就是解释程序，它每次从存储器读取一条指令，经过分析、译码，产生一串操作命令，发向各个部件，控制各部件动作，使整个机器连续且有条不紊地运行。

计算机中有两股信息在流动：一股是控制信息，即操作命令，它分散流向各个部件；一股是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，边流动边加工处理。

控制信息的发源地是控制器。控制器产生控制信息的依据来自以下三个方面：

一是指令，它存放在指令寄存器中，是计算机操作的主要依据。二是各部件的状态触发器，其中存放反映机器运行状态的有关信息。机器在运行过程中，根据各部件的即时状态，决定下一步操作是按顺序执行下一条指令，还是转移执行其他指令，或者转向其他操作。三是时序电路，它能产生各种时序信号，使控制器的操作命令被有序地发送出去，以保证整个机器协调地工作，不至于造成操作命令间的冲突或先后次序上的错误。

3.CPU的主要功能

计算机的工作过程就是运行程序。程序在机器内部表现为指令序列，故运行程序就是执行指令序列。CPU运行程序时，按指令的存储地址从主存储器（内存）中取出一条指令，通过译码解释成一组控制信号送到相应的部件，按一定的节拍定时启动所要执行的操作。与此同时，要修改指令地址，给出后续指令在主存中的位置，以便自动地、逐条在执行指令直到指令序列全部执行完毕。还要计算出数据的传输或存储地址，以控制数据在CPU、主存储器与输入/输出设备之间的流动，实现对数据的加工处理。

如果运行程序时，出现电源故障或外设请求等异常情况，CPU就要暂停执行正在运行的主程序，自动转到处理该事件的服务子程序，我们称之为“中断”。执行中断服务子程序即转移到一个新的地址（中断服务子程序入口地址）重新逐条自动地读取指令、解释、执行，直到中断服务子程序执行完毕，再返回到主程序中止的地方重新运行主程序。因此不管计算机在正常运行程序或处理中断时，CPU都在自动地、逐条地读指令、解释、执行指令。由此可见，CPU的主要功能可归纳如下：

（1）指令执行顺序的控制，不断修改指令的存储地址，保证CPU可以逐条自动地读取、解释、执行指令。

（2）指令操作的控制，将指令解释为一组控制信号，控制执行部件完成指令要求的操作。

（3）时序控制，CPU的每个控制信号都是严格地按照一定的时序节拍进行的。时序控制产生时序信号按规定的时间顺序启动各种操作。

（4）数据的加工处理，对数据进行算术运算或逻辑运算，并将数据在各部件间进行传递。