CPU概述及CPU的内部结构

简介: CPU概述及CPU的内部结构

一、CPU是什么


CPU的全称是Central Proocessing Unit,它是你的电脑最硬核的组件。CPU与计算机的关系相当于大脑和人的关系。它是一种小型的计算机芯片,它嵌入在台式机、笔记本电脑或者平板电脑的主板上。通过在单个计算机芯片上放置数十亿个微型晶体管来构建CPU。这些晶体管使它能够执行存储在系统内存中的程序所需的计算,也就是说CPU决定了电脑的计算能力。


二、CPU实际是做什么的


CPU的核心是从程序或应用程序获取指令并执行计算。此过程可以分为三个关键阶段:提取、解码和执行。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


RAM:随机存取存储器(Random Access Memory,缩写:RAM),也叫主存,是与CPU直接交换数据的内存存储器。它可以随时读写(刷新时除外),而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质


三、CPU的内部结构


一般的运行流程(以C语言为例):



程序编译执行的流程:


在这个流程中,CPU负责的就是解释和运行最终转换成机器语言的内容


CPU主要由两部分构成:控制单元和算术逻辑单元(ALU)


控制单元:从内存中提取指令并解码执行


算术逻辑单元(ALU):处理算术和逻辑运算


CPU是计算机的心脏和大脑,它和内存都是由许多晶体管组成的电子部件。它接收数据输入,执行指令并处理信息。它与输入/输出(I/O)设备进行通信,这些设备向CPU发送数据从CPU接收数据。


从功能来看,CPU的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四部分组成,各部分之间组成电信号连通。



CPU内部结构图:


寄存器:是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。可以将其看作内存的一种。根据种类的不同,一个CPU内部会有20-100个寄存器


控制器:负责内存上的指令、数据读入寄存器,并根据指令的结果控制计算器


运算器:负责运算从内存中读入寄存器的数据


时钟:负责发送CPU开始计时的时钟信号


注意:说到CPU,就需要讲一下内存,因为内存是与CPU进行沟通的桥梁。计算机所有程序的运行都是在内存中运行,内存又被称为 主存 ,其作用是存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。只要计算机在运行中,CPU就会把需要运算的数据调到主存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,主存的运行也决定了计算机的稳定运行。


主存通过芯片与CPU进行相连,由可读写的元素构成,每个字节(1byte = 8 bits)都带有一个地址编号,注意是一个字节,而不是一个为。CPU通过地址从主存中读取数据和指令,也可以根据地址写入数据。注意一点:当计算机关闭时,内存中的指令和数据也会被清除。


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