CPU整體框架是由哪幾部分組成的

CPU可以分成幾個(gè)部分，不同的設(shè)計(jì)方案有不同的分割方式，在經(jīng)典的五級(jí)流水線中被分割成取指、譯碼、執(zhí)行、訪存和寫回五級(jí)。

首先是取指。取指就是從指令內(nèi)存中讀取出CPU要執(zhí)行的指令。計(jì)算機(jī)的指令是由0和1組成的。比如說00000000000100010000000110110011這個(gè)指令的意思是把寄存器x1與x2的數(shù)相加后的值放入寄存器x3中。不同的指令集的指令都不相同，這個(gè)是RISC-V架構(gòu)指令。就像這樣的指令一條接一條占滿了內(nèi)存。那么我們要想從內(nèi)存中讀出這些指令肯定不能隨便讀，我們需要一個(gè)像書簽一樣的東西告訴我們讀到哪里了，這個(gè)東西被稱作程序計(jì)數(shù)器PC(program counter)。我們就根據(jù)PC值作為地址去訪問內(nèi)存，每訪問完一次內(nèi)存就把PC值往下加，讓PC值始終指向我們接下去要讀的位置。

這邊所指的內(nèi)存是指令內(nèi)存，此外還有數(shù)據(jù)內(nèi)存。顧名思義，指令內(nèi)存中存儲(chǔ)的是指令，數(shù)據(jù)內(nèi)存中存儲(chǔ)的是數(shù)據(jù)。比如打開相冊(cè)，相冊(cè)作為一個(gè)程序是在指令內(nèi)存中被讀取出來的，而相冊(cè)中的圖片則是在數(shù)據(jù)內(nèi)存中被讀取。這個(gè)只是個(gè)比喻，真實(shí)情況應(yīng)該不是這樣的。而對(duì)于單片機(jī)等計(jì)算機(jī)，這兩種內(nèi)存是分開的；對(duì)于手機(jī)電腦等大多數(shù)設(shè)備這兩種內(nèi)存是被承載在同一個(gè)物理內(nèi)存上的，但是其內(nèi)涵還是有區(qū)別的。這邊所說的是內(nèi)存，要與處理器的緩存和硬盤區(qū)分開。

接著是譯碼。我們需要把像上面那樣的指令翻譯成電路實(shí)際操作的控制信號(hào)，控制數(shù)據(jù)的走向完成指令所要求的任務(wù)。比如說這個(gè)指令是個(gè)加法指令，那么我就要把數(shù)據(jù)往加法器那兒領(lǐng)，而不是把數(shù)據(jù)送向減法器。而這個(gè)起向?qū)ё饔玫木褪亲g碼完的控制信號(hào)。

譯碼單元（部分）

再是執(zhí)行?；A(chǔ)的RISC-V的架構(gòu)中有加、減、與、或、移位、比大小等操作。所謂執(zhí)行就是算出結(jié)果。這邊說說移位是什么，移位就是把數(shù)字?jǐn)U大或縮小2的整數(shù)次方倍，在二進(jìn)制中看起來就是數(shù)字往高位或低位移動(dòng)了幾位。這里拿十進(jìn)制數(shù)字舉例。例如2048000縮小1000（10的3次方）倍，那就變?yōu)榱?048，看起來就像數(shù)字向右移了三位。

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執(zhí)行單元

然后是訪存。這里的存指的就是數(shù)據(jù)內(nèi)存了。訪存既可以是訪（讀?。┮部梢允谴妫▽懭耄?。同樣的我們要知道我們要訪哪或者存哪，因此我們還是需要一個(gè)書簽，但是不同于前面的PC，我們需要在一個(gè)相對(duì)集中卻又不一定按順序的地方讀取數(shù)據(jù)。這里應(yīng)該很好理解，我們編程的時(shí)候是按順序編輯的（程序不一定按順序執(zhí)行，程序也可以進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，但大部分情況按順序執(zhí)行），但是我們的文件可是隨便哪讀隨便哪寫的，甚至可能沒有一點(diǎn)順序可言。因此我們需要一個(gè)相對(duì)靈活的書簽。這個(gè)書簽被稱作基地址，我們想訪存的地址與基地址的差值被稱作偏移量?；刂芳由掀屏烤褪俏覀兿胍哪繕?biāo)地址了，基地址相對(duì)固定，偏移量由指令給出，這樣我們就可以靈活的進(jìn)行訪存了。

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訪存單元

最后是寫回。當(dāng)指令進(jìn)行完了之后，我們需要把最后的結(jié)果寫回寄存器組，把結(jié)果記錄下來。有些指令可能沒有什么要寫回的，比如儲(chǔ)存某個(gè)數(shù)到內(nèi)存這樣的指令就沒什么要寫回的，那就忽略這一級(jí)流水線（走個(gè)過場）就行了。這個(gè)圖很零散，就不放上來了。



審核編輯：劉清