数字音频工作站的构成及实现
2.2.2中央处理器
中央处理器(CPU)是个有效的系统控制者,它的主要功能有:从内存中取来指令进行排序和翻译,并对整个二进制字执行逻辑运算,对数据进行暂存和监控外部来到中断请求。CPU与其他设备的通迅是借助一条数据总线、一条地址总线和各种不同的控制线来实现的。CPU接有一个晶振时钟,这个时钟可以发出兆赫频率的同步信号。这个时钟驱动发生在计算机内的整个动行顺序,因为它是激励逻辑程序下一事件的时钟信号。建立在CPU中的是一个“排序器”,它决定着CPU的许多逻辑门、贮存器、计算器中逻辑事件的顺序。一个指令解码器从内存中读取进进制字码指令,并对排序器进行编程。只有有限数量的合理命令能被计算机受理,这些命令被称为指令组。在时钟的每个周期,“排序器”根据最后一次得到的指令,向前进一步,进入到下一排序程序。
中央处理器(CPU)里最重要的设备之一是“数字逻辑单元”(ALU),这个设备是设计用来对数据进行逻辑/数字运算的。“数字逻辑单元”(ALU)是名副其实的典型大型集成门,如上述典型的模式,具有两个有一定的比特数宽度的输入端,一定数量的控制输入和输出。控制输入用于决定执行哪些逻辑运行,“载入”和“载出”线用于当运行结果太大或太小以至溢出字码最大有效比特时。“数字逻辑单元”的输入端有一路是来自被称为“累加器”的暂时存贮部分,其他输入端可以从别处,比如说数据总线取数据。
中央处理器包括一个开机时从0开始的程序计数器,计数器的输出送到地址总线以便指出存在内存中的下一个命令的位置。当时钟运行一定的周期后(称为机器周期递增)将排序器运行至当前指令处,程序计数器递增下一个地址,并从内存中调出下一个指令。一个独立指令控制的事件的典型顺序是:
将下一个指令地址送至地址总线上去
将内存地址的内容读入指令解码器中
(由解码器指令来决定下一步的动作)
从内存中取出数据的下一个字节
将那个字节放到ALU的一个输入上
将那一字节与累加器中的那个字节相加
将结果存储于暂存地址上
递增程序计数器
这是一条指令的执行过程,但它占用了时钟的不少周期时间。
中央处理器也包括一个暂时的存贮器,称之为堆栈,它以后进先出的方式工作。堆栈像个环形的托盘架,就像咖啡厅里常见的摞着一摞盘子的那种。如果有人想拿个盘子,那么放在一摞的顶上的最后一个盘子是第一个被拿走的。数据被暂放在堆栈中,当另一个操作被执行时,这个堆栈被当作数据的寄存处,然后再被抽走处理。
一个典型的中央处理器命令包括以下几个指令组:把数据从一个地方移到另一处;对一对数字执行算术运作和把一个程序执行跳到新的内存地址上等。还有些需要的命令是从输入/输出(I/O)端口读写数据,这是数据与外界进行通讯联络的方式。
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