程式設計必備基礎知識|計算機組成原理篇(09)：CPU的控制器和運算器
計算機基礎方面的知識，對於一些非科班出身的同學來講，一直是他們心中的痛，而對於科班出身的同學，很多同學在工作之後，也意識到自身所學知識的不足與欠缺，想回頭補補基礎知識。關於計算機基礎的課程很多，內容繁雜，但無論是相關書籍還是大學課程，都有點脫離工作。特別地，計算機基礎知識體系龐雜，想要從零學習或者複習都耗時耗力。
有鑑於此，本系列文章將帶你更快的補足程式設計必備基礎知識，涵蓋計算機領域三大基礎知識：計算機組成原理、作業系統、計算機網路，這些都是大學計算機課程裡面最重要的內容。文章對這些內容做了提煉和總結，摒棄了作為程式設計師不需要掌握的知識。
目的是：
- 幫助大家形成計算機知識的結構體系
- 幫助大家理解計算機底層原理
- 幫助大家在工作實踐中借鑑其中的優秀設計
本篇是計算機組成原理之CPU的控制器和運算器
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控制器
控制器是CPU的組成部分，用於協調和控制計算機的執行，它的構成如下圖所示：
下面逐一簡單介紹。
程式計數器（Program Counter）
簡稱PC，用來儲存從記憶體提取的下一條指令的地址。當CPU執行一條指令時，首先需要根據PC中存放的指令地址，將指令由記憶體取到指令暫存器中，此過程稱為“取指令”。與此同時，PC中的地址或自動加1或由轉移指標給出下一條指令的地址，此後經過分析指令，執行指令，完成第一條指令的執行，而後根據PC取出第二條指令的地址，如此迴圈，執行每一條指令，保證程式能夠連續地執行下去。
時序發生器
用於傳送時序脈衝，CPU依據不同的時序脈衝有節奏地進行工作，類似於CPU的節拍器。
指令編譯器
用於翻譯指令及控制傳輸指令包含的資料。
指令暫存器
用於快取從記憶體或快取記憶體裡取出的指令，CPU執行指令時，就可以從指令暫存器中取出相關指令來進行執行。
主存地址暫存器
儲存當前CPU正要訪問的記憶體單元的地址，通過匯流排跟主存通訊。
主存資料暫存器
儲存當前CPU正要讀或寫的主存資料，通過匯流排與主存通訊。
通用暫存器
用於暫時存放或傳送資料或指令。
運算器
運算器是用來進行資料運算加工的。
資料緩衝器
分為輸入緩衝和輸出緩衝，輸入緩衝暫時存放外設送過來的資料，輸出緩衝暫時存放送往外設的資料。
ALU
算數邏輯單元，是運算器的主要部件，能完成常見的位運算（左移、右移、與、或、非等）和算術運算（加減乘除等）。
狀態字暫存器
存放運算狀態（條件碼、進位、溢位、結果正負等）和運算控制資訊。
通用暫存器
暫時存放或傳送資料或指令，儲存ALU的運算中間結果