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CPU 处理器如何工作?

从简单的玩具到大型商业系统,每一个计算设备都有一个必不可少的组件,称为中央处理器。 CPU执行计算,进行逻辑比较并将数据每秒移动多达数十亿次。它通过一次运行简单的指令来工作,该指令由运行整个计算机的主定时信号触发。

描述

CPU 处理器是一个火柴盒大小的计算机芯片。封装内部是一个包含数百万个晶体管化电路的硅矩形。从该设备伸出数十个金属引脚,每个金属引脚都将电子信号传送到芯片中或从芯片中输出。该芯片插入计算机电路板上的插座,并与内存、硬盘驱动器、显示屏和 CPU 外部的其他设备进行通信。

称为时钟的定时电路将电脉冲发送到CPU。根据处理器的不同,时钟的运行速度可能从每秒数十万到数十亿个周期不等。脉冲驱动CPU内部的活动。因为其他电路依赖于相同的时钟,它使计算机中的复杂事件保持同步。

指示

所有CPU都有一个指令集-处理器执行的操作的列表,包括加号,比较两个数据并将数据移入CPU。您在计算机上运行的软件由按顺序排列的数百万条CPU指令组成。指令是非常简单的操作,因此CPU执行许多指令来完成有意义的任务。某些CPU系列(例如台式PC中使用的CPU)使用相同的指令集,从而允许它们运行相同的软件。产品系列以外的CPU可能使用不同的指令;例如,iPad 的 CPU 与运行基于 Windows 的笔记本电脑的 CPU 具有不同的指令。

ALU

处理器有一个称为算术和逻辑单元的电路,用于执行计算和比较。大多数CPU执行的算术是基本的乘法,加法,除法和减法。诸如统计函数之类的复杂数学是高速执行的许多简单操作的组合。 ALU 还执行两个数据项之间的逻辑比较,以确定它们是否相等或一个值是否大于另一个。

控制单元

CPU包含一个控制单元,用于协调处理器其他工作部件之间的活动。控制单元将每条指令分解为一组动作,并指示CPU的各个子系统执行这些动作。例如,控制单元可以指示ALU将两个数字相乘,然后将第三个数字加到结果中。

记忆

CPU 芯片具有有限数量的非常快的内存。它具有一组称为寄存器的存储区,ALU直接在这些存储区上起作用。例如,ALU可以将寄存器2中的数字快速添加到寄存器1的内容中。 CPU还将最近使用的指令和数据保存在称为缓存的区域中,以提高计算机的效率。例如,在将价格乘以数量的程序中,CPU 在其高速缓存中查找这些数字。如果它找到了它们,这将节省处理器从 CPU 外部的存储芯片中检索数字的额外工作。

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