计算机组成原理之CPU架构(二)

本文详细解析了CPU的内部结构,包括控制单元、运算单元和存储单元,以及它们如何通过内部总线连接。阐述了CPU的工作原理,如主频、外频、倍频的概念,并介绍了程序在CPU中的运行机制,包括指令和数据的组合,以及寄存器在其中的作用。

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目录

一、CPU的内部结构

二、CPU 相关的小知识点

三、程序在CPU中的运行机制

四、CPU之寄存器


一、CPU的内部结构

硬件组成:由许多晶体管组成的超大规模集成电路(IC,Integrated Circuit),通过电路实现了加法、乘法乃至各种各样的处理逻辑。从软件工程师的角度来讲,CPU 就是一个执行各种计算机指令(Instruction Code)的逻辑机器。

逻辑组成:如下图

CPU从逻辑上也可以划分成3个模块,分别是控制单元、运算单元和存储单元,这三部分由CPU内部总线连接起来。

CPU的工作原理概括如下:


二、CPU 相关的小知识点

CPU的作用:负责解释和运行最终转换成机器语言的程序内容,从而根据程序的运算结果对计算机进行控制。

CPU主频:主频=外频×倍频。

外频:外频是CPU与主板之间同步运行的速度,而且绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度。

倍频:原先并没有倍频概念,CPU的主频和系统总线的速度是一样的,但CPU的速度越来越快,倍频技术也就应运而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上,而CPU速度可以通过倍频来无限提升。

超频:通常所说的超频简单来说就是人为提高CPU的外频或倍频,使之运行频率得到大幅提升,即CPU超频。

降频:CPU降频,这项技术主要是通过临时改变CPU的工作频率来减小在CPU的耗电量和CPU的工作温度电脑工作量较轻时CPU开始自动降频,维持正常工作;当电脑工作繁重时,CPU工作频率自动回升。

标压CPU与低压CPU的区别

结合CPU功耗来分析,其实这两者的最大区别是,低压CPU续航能比较强劲,标压CPU性能会比较好但是功耗高、散热也高一些,当然后相对来说价格也比低压CPU贵一点。


三、程序在CPU中的运行机制

程序是什么

程序是指令和数据的组合体。例如, C语言"print ("你好"); 简单的程序中, printf是指令, "你好"是数据。

程序运行的一般流程


四、CPU之寄存器

      对于程序员来说,CPU可以简单看成是由一堆寄存器组成的集成电路,其中各个寄存器功能如下所示:

      CPU中常见的寄存器及其功能如下图所示:

 

注:该文章主要是整理自《程序是怎样跑起来的》以及如下文章。

1. CPU科普文:5分钟让你看懂CPU的结构和工作原理

2. CPU的内部架构和工作原理(好文)

3. 极客时间徐文浩老师的深入浅出计算机组成原理

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