电脑的CPU

电脑的CPU

 中央处理器（英文Central Processing Unit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和敲入/输出设备是电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令还有处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器和寄存器及做的更好它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。 CPU根据存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

一、CPU的工作原理

　CPU根据存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，我们接着看发出各种控制命令，执行微操作系列，根据而完成一条指令的执行。 　　

  指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段还有多数表征机器状态的状态字和特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。

1.提取

　第一阶段，提取，根据存储器或高速缓冲存储器中检索指令（为数值或一系列数值）。由程序计数器（Program Counter）指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。 　　

  提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常根据比较较慢的存储器寻找，所以导致CPU等候指令的送入。这种疑问主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。

2.解码

　CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构（ISA）定义用数值解译为指令。 　

　一部分的指令数值为运算码（Opcode），其指示要进行哪些运算。别的的数值一般供给指令需要的信息，诸如一个加法（Addition）运算的运算目标。我们接着看的运算目标也许提供一个常数值（即立即值），或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。 　　

  在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是不能够改变的硬件设备。但是在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时经常使用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往能够重写，方便变更解码指令。

3.执行

　　在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。 　　

4.写回

　　最后阶段，写回，以必须格式用执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速存取。在别的案例中，运算结果可能写进速度较慢，但空间较大且较便宜的主记忆体中。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果。这些那么称作“跳转”（Jumps），并在程式中带着循环行为、条件性执行（透过条件跳转）和函式。 　　

  很多指令也会改变标志暂存器的状态位元。这些标志可用来影响程式行为，因为它们时常显出各种运算结果。