蔡金濤

[拼音]：zhongyang chuliqi

[英文]：central processing unit

處理機中解釋和執行指令的部件，簡稱CPU。中央處理器包括處理機中的運算器和系統控制器。系統控制器不僅解釋指令，執行控制型指令，還提供全機控制系統的硬體支援，因而表示和控制處理機執行狀態、實現實時處理和系統管理的中斷系統等也屬於中央處理器。CPU有兩種工作狀態，使用者程式執行時處理機處於“目的程式狀態”（簡稱“目態”）；系統管理程式執行時則處於“管理程式狀態”（簡稱“管態”）。中央處理器的系統管理指令只能在“管態”下執行，成為特權指令，使用者使用這些指令會導致系統的混亂，因而處理機監督這種違法使用的情況。CPU響應中斷可能會改變CPU的程式狀態，甚至改變它的內部狀態等。這些都需要中央處理器的硬體支援。

指令是中央處理器直接識別的機器語言的基本單位。一條運算指令一般指定一種操作和若干運算元；一條控制指令則指定中央處理器的狀態，設定和改變各個控制暫存器的內容。中央處理器既是一個按使用者程式要求處理資料的部件，又是負責整個系統控制的部件。它的運算器實現算術、邏輯運算和資料移位、傳送的功能；系統控制器則實現指令譯碼、定址變址、存取資料、控制運算、執行控制指令、接收中斷請求以及對中斷按優先順序排隊。

中央處理器除包含運算器和傳統的運算控制器（簡稱控制器）外，在結構上還包含中斷系統、通用暫存器和堆疊等部分。中斷系統是系統控制器的一個重要組成部分，它由中斷請求暫存器、中斷遮蔽暫存器和排隊優先線路組成。

通用暫存器（以至便箋儲存器或區域性儲存器），是中央處理器的重要部件。它可以在一箇中央處理器時鐘週期內完成讀或寫操作。按地址存取的通用暫存器、浮點暫存器、控制暫存器、程式計數器和堆疊指標一般都放在區域性儲存器中。在採用微程式控制的中央處理器中，微程式工作暫存器、微堆疊以及狀態保留暫存器均可在區域性儲存器分配到儲存單元。有時，它還可用作輸入－輸出通道的資料緩衝儲存器。這種區域性儲存器可以是一個或幾個。

堆疊是中央處理器的一個常用部件。它一般按後進先出規則存取資訊，故又稱“後進先出儲存器”。它包括棧基、棧限和棧頂三個指標暫存器。棧基指向棧的底部，棧限指示棧的最大長度，棧頂指向堆疊中現行資訊頂部。堆疊可以設在主儲存器或區域性儲存器中，也可以將棧頂若干單元存放在暫存器中，其餘部分使用儲存器單元。堆疊常用在採用零地址機器指令的CPU中，作為向運算器提供運算元和存放運算結果的指定部件。堆疊還常用於中斷保護和程式呼叫與巢狀兩種情況。

（1）中斷保護:CPU響應中斷時，首先將中斷現場的處理機狀態存入堆疊。待中斷處理完畢退出中斷時，從堆疊中取出保留資訊、恢復原先的處理機狀態，保證被中斷程式的繼續執行。

（2）程式呼叫和巢狀：從主程式轉子程式或子程式又套用子程式時，每一次都將轉子程式的返回地址壓入堆疊，如此可以層層巢狀。每個子程式的結尾，執行一條返回指令，自動從棧頂取出返回地址送入程式計數器。由於堆疊是後進先出的，可保證中央處理器從裡向外逐層執行子程式，實現多重子程式的遞迴。