【计算机基础】CPU概述及CPU的内部结构

目录

一、CPU是什么

二、CPU实际是做什么的

三、CPU的内部结构

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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。