Die internen Teile einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) sind komplex und miteinander verbunden, können jedoch weitgehend in mehrere Schlüsselkomponenten eingeteilt werden:
1. Steuereinheit (CU):
* Funktion: Die Cu ist das "Gehirn" der CPU, das Anweisungen aus dem Gedächtnis abfasst, sie entschlüsselt und die Ausführung dieser Anweisungen leitet. Es fungiert als Verkehrscontroller und koordiniert alle anderen Komponenten. Es verwaltet den Fetch-Decode-Execute-Zyklus.
2. Arithmetische Logikeinheit (ALU):
* Funktion: Die ALU führt arithmetische Operationen (Hinzufügung, Subtraktion, Multiplikation, Teilung) und logische Operationen (und, oder, XOR, nicht) für Daten durch. Hier passieren die tatsächlichen Berechnungen.
3. Register:
* Funktion: Hochgeschwindigkeitsspeicherorte innerhalb der CPU. Sie haben Daten und Anweisungen, die derzeit verarbeitet werden. Es gibt verschiedene Arten von Registern, darunter:
* Allzweckregister: Wird zur temporären Speicherung von Daten während der Berechnungen verwendet.
* Anweisungsregister (IR): Hält die aktuelle Anweisung, die ausgeführt wird.
* Programmzähler (PC): Hält die Speicheradresse der nächsten Anweisung, die abgerufen werden soll.
* Statusregister (SR/Flags): Hält Informationen über die Ergebnisse von Operationen (z. B. Carry, Null, Überlauf).
4. Cache:
* Funktion: Extrem schneller Speicher auf dem CPU -Chip selbst. Es speichert häufig auf Daten und Anweisungen zugegriffen, wodurch die Verarbeitung erheblich beschleunigt wird, indem die Notwendigkeit reduziert wird, einen langsameren Hauptspeicher (RAM) zuzugreifen. Es gibt unterschiedliche Cache -Ebenen (L1, L2, L3), wobei L1 der schnellste und kleinste und L3 der langsamste und größte ist.
5. BUS -Schnittstelleneinheit (BIU):
* Funktion: Verwaltet die Kommunikation zwischen der CPU und anderen Komponenten des Computersystems, wie z. B. Speicher- und Eingangs-/Ausgabegeräte. Dies beinhaltet die Übertragung von Daten und Anweisungen an und von der CPU.
6. Floating-Punkt-Einheit (FPU):
* Funktion: Eine spezielle Einheit zum Umgang mit Gleitkomma-Arithmetik (Berechnungen mit Dezimalzahlen). Dies ist für wissenschaftliche und grafische Anwendungen von wesentlicher Bedeutung. Viele moderne CPUs integrieren die FPU in den Kern, während einige ältere sie als separate Chip hatten.
7. Speicherverwaltungseinheit (MMU):
* Funktion: (Nicht vorhanden in allen CPUs, insbesondere in einfacher) verwaltet die Übersetzung virtueller Speicheradressen in physische Speicheradressen. Dies ist entscheidend für den Multitasking und den virtuellen Speichervorgang.
wie sie zusammenarbeiten:
Der Fetch-Decode-Execute-Zyklus ist das Herzstück der CPU-Operation:
1. Fetch: Die CU holt die nächste Anweisung aus dem Speicher (oft unterstützt durch den Cache und die BIU). Die Adresse der Anweisung erfolgt vom PC.
2. Decodieren: Die CU decodiert die abgerufene Anweisung, um den zu erledigenden Vorgang und die beteiligten Operanden (Daten) zu bestimmen.
3. Ausführen: Die CU leitet die ALU oder die FPU an, den angegebenen Betrieb für die in Registern gehaltenen Daten auszuführen. Die Ergebnisse werden in Registern gespeichert.
4. Store (implizit): Die Ergebnisse des Betriebs können zurück in den Speicher oder in andere Register gespeichert werden. Der PC wird aktualisiert, um auf die nächste Anweisung zu verweisen.
Dieser Zyklus wiederholt sich kontinuierlich und verarbeitet Anweisungen nacheinander und ermöglicht es der CPU, ihre Computeraufgaben auszuführen. Die Geschwindigkeit und Effizienz dieser Prozesse bestimmen die Gesamtleistung der CPU.
