程序 = 指令 + 數據

只有指令，才最終在運行階段，被運行程序的計算機的CPU去執行

1、CPU的組成

（1）ALU（算術邏輯單元）

? ? ? ? 算術：加法 減法 乘法 除法 取余

? ? ? ? 邏輯：與 或 非

? ? ? ? 需要利用到寄存器完成中間數據的臨時保存

? ?注：8位數的加法器 = 7 * 全加器 + 1 * 半加器

（2）CU（控制單元）

? ? ? ? ?主要負責控制memory<——>register數據傳遞的指令以及驅動ALU工作

3、CPU是計算機的核心，ALU是CPU的核心

? ? ? 所有程序的執行，本質上都是計算+讀取+存入

4、（1）取碼階段

? ? ? ? ? ? ? ?CU（控制單元）根據PC寄存器的值，去內存響應位置，把數據（指令）讀取到IR寄存器中，正常情況下，PC寄存器中的值自動加一

（2）解碼階段

? ? ? ? ? ? ? CU按照預先設定的指令集解讀指令數據（opcode+操作數）

? ? ? ? ? ? ? ?例如：0010 1110

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 人為規定：0010是opcode，查詢指令表，知道0010代表的意思：從后邊地址指定內存處，將數據讀取到A寄存器

（3）執行階段

? ? ? ? ? ? LOAD指令應該由CU執行，所以按照規定執行指令：從內存的14處地址，將數據讀取到A寄存器中

5、由于硬件中PC在自動加一，所以我們的代碼形成的指令才能順序的往下執行

6、代碼中的一條語句，很有可能是需要多條指令才能完成

? ? ?語句是一組指令的封裝抽象

? ? ?變量是一段內存空間的封裝抽象

7、PC寄存器中的值在這個指令周期中很關鍵，可以控制執行哪里的指令

8、CPU的運算快慢就是看CPU執行指令周期的頻率（假定每個指令周期的頻率恒定）

? ? ?CPU的主頻可以粗略的看成每秒鐘CPU能執行多少個指令周期

9、CPU往往會提供一些指令，這些指令可以去修改PC的值：分支語句（if、else、while、for、break、continue......）

? ? ? 通過CPU中預先規定的指令，可以修改PC中的值（帶條件修改），進而影響執行流（execution flow）

? ? ? 我們平時的main方法：我們的程序啟動，有“人”把我們的程序翻譯出來的指令的第一條地址放到PC中，我們的程序就正常跑起來了

10、CPU的正常工作流程：

? ? ? ? 取碼——>編碼——>執行周期

? ? ? ?只要你的電腦在開機狀態下，CPU就在不停循環這個周期

? ? ? ?在硬件CPU的視角中，只有指令的概念，沒有指令屬于誰的概念，不知道執行是屬于哪個程序，哪個類，哪個方法（程序、類、方法等概念不是為了計算機硬件準備的，是為了寫程序的人準備的）

11、CPU的中斷模型（Interrupt Mode）

? ? ? ? 正常模式下，CPU可以順序執行，可以分支執行，但總歸只能按照既定順序去執行，但現實中，很多時候，需要暫時中斷CPU 的當前執行流，先讓CPU去做點其他工作，再回過頭繼續執行原來的執行流

?CPU硬件中提供了一種機制（中斷）讓CPU停下

（1）保存當前PC的值到內存的某個位置

（2）修改PC的值，讓執行其他執行流

（3）其他執行流執行結束后，通過將剛才保存的PC值恢復到PC寄存器中

（4）繼續原來的執行流

12、中斷經常用作：

（1）IO設備的處理

? ? ? ? ?當有外部數據到達Input設備時，觸發某個終端，讓當前正在執行的執行流暫停，切換到Input驅動對應的執行流，把Input設備中讀取的數據，放到內存的某個位置，恢復之前的執行流

（2）操作系統中用來作進度調度（線程調度）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CPU的基本工作原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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