中央处理器模块物理结构

中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心(ControlUnit),它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

逻辑部件

英文Logiccomponents;运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。

更细一点，从实现的功能方面看，CPU大致可分为如下八个逻辑单元：

(1)指令寄存器：它是芯片上的指令仓库，有了它CPU就不必停下来查找计算机内存中的指令，从而大幅提高了CPU的运算速度。

(2)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，就像一位外交官。

(3)控制单元：既然指令可以存入CPU，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。

(4)寄存器：它对于CPU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。

(5)逻辑运算单元(ALU)：它是CPU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。

(6)预取单元：PU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CPU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。

(7)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CPU的地方。

(8)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。

寄存器

寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间(或最终)的操作结果。通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

控制器

英文Controlunit;控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。

简单指令是由(3～5)个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。