认识CPU

CPU是电脑的核心组件,执行存储在内存中的指令进行计算。它包含控制单元、算术逻辑单元和一系列寄存器。工作过程包括取指令、解码和执行。此外,文章提到了汇编和高级编程语言在CPU运行中的角色。

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1,简介

全称是Central Processing Unit,是电脑中最硬核的组件,但是它不能代表电脑。

它是一种小型的计算机芯片,嵌入在台式机、笔记本电脑或者平板电脑的主板上。通过在单个计算结芯片防止数十亿个微晶体管来构建CPU。这些晶体管使它能够执行运行存储在系统内存中的程序所需的计算。CPU决定了你电脑的计算能力。

2,作用

CPU的核心是从程序或者应用程序获取指令并执行计算。

过程分为三个关键阶段:提取,解码、执行。CPU从系统的RAM中提取指令,然后解码该指令的实际内容,然后再由CPU的相关部分执行该指令。

1,取指令阶段是将内存中的指令读取到CPU中寄存器的过程,程序寄存器用于存储下一条指令所在的地址。
2,指令译码阶段,在取指令完成后,立马进入指令译码阶段,在指令译码阶段,指令译码器按照预定的指令格式,对取回的指令进行拆分和解释,识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
3,执行指令阶段,译码完成后,就需要执行这一条指令了,此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作,具体实现指令的功能。
4,访问取数阶段,根据指令的需要,有可能需要从内存中提取数据,此阶段的任务是:根据指令地址码,得到操作数在主存中的地址,并从主存中读取该操作数用于运算。
5,结果写回阶段,作为最后一个阶段,结果写回(write back,WB)阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式:结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中,以便被后续的指令快速地存取。

3,内部结构

1,控制单元

从内存中提取指令并解码执行

2,算术逻辑单元(ALU)

处理算数和逻辑运算

3,功能结构

1,寄存器

中央处理器内的组成部分。它们可以用来暂存指令、数据和地址。可以将其看做是内存的一种。根据种类的不同,一个CPU内部会有20~100个寄存器。

1,累加寄存器:只有一个;存储运行的数据和运算后的数据。

2,标志寄存器:只有一个;用于反应处理器的状态和运算结果的某些特征以及控制指令的执行;负责溢出overflow(是指运算的结果超过了寄存器的长度范围);负责奇偶校验parity check(是指检查运算结果的值是偶数还是奇数)。

3,程序计数器:只有一个,Program Counter;程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方;控制着程序的流程(顺序执行(每执行一条指令程序计数器的值就+1);条件分支(指向任意的地址);循环判断(指向任意的地址))。

4,基址寄存器:可以多个;存储数据内存的起始位置。

5,变址寄存器:可以多个;存储基址寄存器的相对地址。

6,通用寄存器:可以多个;存储任意数据。

7,指令寄存器:只有一个;储存正在被运行的指令,CPU内部使用,程序员无法对该寄存器进行读写。

8,只有一个;存储栈区域的起始位置。

2,控制器

负责把内存上的指令、数据读入寄存器,并根据指令的结果控制计算机

3,运算器

负责运算从内存中读入寄存器的数据

4,时钟

负责发出CPU开始计时的时钟信号

4,计算机语言

1,低级语言

1,机器语言

由二进制构成

2,汇编语言

电脑能识别,人又能理解;

经过汇编器转换为机器语言;

汇编语言采用助记符(memenic)来编写程序,每一个原本是电信号的机器语言指令会有一个与其对应的助记符;

汇编语言和机器语言是一一对应的;

汇编(汇编语言编写的程序转换为机器语言的过程称为汇编);

反汇编(机器语言转化为汇编语言的过程称为反汇编)。

2,高级语言

经过编译转换成机器语言后才能运行。比如C、C++、java

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