中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。中央處理器主要包括運(yùn)算器（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)（Data）、控制及狀態(tài)的總線（Bus）。它與內(nèi)部存儲(chǔ)器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設(shè)備合稱為電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。

　　cpu的基本結(jié)構(gòu)

　　從功能上看，一般CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：控制單元、邏輯運(yùn)算單元、存儲(chǔ)單元（包括內(nèi)部總線和緩沖器）三大部分。其中控制單元完成數(shù)據(jù)處理整個(gè)過程中的調(diào)配工作，邏輯單元?jiǎng)t完成各個(gè)指令以便得到程序最終想要的結(jié)果，存儲(chǔ)單元就負(fù)責(zé)存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)以及運(yùn)算結(jié)果。渾然一體的配合使得CPU擁有了強(qiáng)大的功能，可以完成包括浮點(diǎn)、多媒體等指令在內(nèi)的眾多復(fù)雜運(yùn)算，也為數(shù)字時(shí)代加入了更多的活力。

　　邏輯部件

　　英文Logic components；運(yùn)算邏輯部件。可以執(zhí)行定點(diǎn)或浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執(zhí)行地址運(yùn)算和轉(zhuǎn)換。

　　寄存器

　　寄存器部件，包括寄存器、專用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)兩類，它們用來保存指令執(zhí)行過程中臨時(shí)存放的寄存器操作數(shù)和中間（或最終）的操作結(jié)果。 通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。

　　控制部件

　　英文Control unit；控制部件，主要是負(fù)責(zé)對(duì)指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個(gè)操作的控制信號(hào)。

　　其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是以微存儲(chǔ)為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯硬布線結(jié)構(gòu)為主的控制方式。

　　微存儲(chǔ)中保持微碼，每一個(gè)微碼對(duì)應(yīng)于一個(gè)最基本的微操作，又稱微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構(gòu)成微程序。中央處理器在對(duì)指令譯碼以后，即發(fā)出一定時(shí)序的控制信號(hào)，按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個(gè)微操作，即可完成某條指令的執(zhí)行。

　　簡單指令是由（3～5）個(gè)微操作組成，復(fù)雜指令則要由幾十個(gè)微操作甚至幾百個(gè)微操作組成。

　　CPU的邏輯單元

　　更細(xì)一點(diǎn)，從實(shí)現(xiàn)的功能方面看，CPU大致可分為如下八個(gè)邏輯單元：

　　指令高速緩存，俗稱指令寄存器 ： 它是芯片上的指令倉庫，有了它CPU就不必停下來查找計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的指令，從而大幅提高了CPU的運(yùn)算速度。

　　譯碼單元，俗稱指令譯碼器 ： 它負(fù)責(zé)將復(fù)雜的機(jī)器語言指令解譯成運(yùn)算邏輯單元（ALU）和寄存器能夠理解的簡單格式，就像一位外交官。

　　控制單元 ： 既然指令可以存入CPU，而且有相應(yīng)指令來完成運(yùn)算前的準(zhǔn)備工作，背后自然有一個(gè)扮演推動(dòng)作用的角色——它便是負(fù)責(zé)整個(gè)處理過程的操作控制器。根據(jù)來自譯碼單元的指令，它會(huì)生成控制信號(hào)，告訴運(yùn)算邏輯單元（ALU）和寄存器如何運(yùn)算、對(duì)什么進(jìn)行運(yùn)算以及對(duì)結(jié)果進(jìn)行怎樣的處理。

　　寄存器 ： 它對(duì)于CPU來說非常的重要，除了存放程序的部分指令，它還負(fù)責(zé)存儲(chǔ)指針跳轉(zhuǎn)信息以及循環(huán)操作命令，是運(yùn)算邏輯單元（ALU）為完成控制單元請(qǐng)求的任務(wù)所使用的數(shù)據(jù)的小型存儲(chǔ)區(qū)域，其數(shù)據(jù)來源可以是高速緩存、內(nèi)存、控制單元中的任何一個(gè)。

　　邏輯運(yùn)算單元（ALU） ： 它是CPU芯片的智能部件，能夠執(zhí)行加、減、乘、除等各種命令。此外，它還知道如何讀取邏輯命令，如或、與、非。來自控制單元的訊息將告訴運(yùn)算邏輯單元應(yīng)該做些什么，然后運(yùn)算單元會(huì)從寄存器中間斷或連續(xù)提取數(shù)據(jù)，完成最終的任務(wù)。

　　預(yù)取單元 ： CPU效能發(fā)揮對(duì)其依賴非常明顯，預(yù)取命中率的高低直接關(guān)系到CPU核心利用率的高低，進(jìn)而帶來指令執(zhí)行速度上的不同。根據(jù)命令或要執(zhí)行任務(wù)所提出的要求，何時(shí)時(shí)候，預(yù)取單元都有可能從指令高速緩存或計(jì)算機(jī)內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)和指令。當(dāng)指令到達(dá)時(shí)，預(yù)取單元最重要的任務(wù)就是確保所有指令均排列正確，然后發(fā)送給譯碼單元。

　　總線單元 ： 它就像一條高速公路，快速完成各個(gè)單元間的數(shù)據(jù)交換，也是數(shù)據(jù)從內(nèi)存流進(jìn)和流出CPU的地方。

　　數(shù)據(jù)高速緩存 ： 存儲(chǔ)來自譯碼單元專門標(biāo)記的數(shù)據(jù)，以備邏輯運(yùn)算單元使用，同時(shí)還準(zhǔn)備了分配到計(jì)算機(jī)不同部分的最終結(jié)果。

　　通過以上介紹可以看出CPU雖小，方寸之地卻能容納大世界，內(nèi)部更像一個(gè)發(fā)達(dá)的裝配工廠，環(huán)環(huán)相扣，層層相套。正因?yàn)橛辛讼嗷ラg的協(xié)作配合，才使得指令最終得以執(zhí)行，才構(gòu)成了圖文并茂、影像結(jié)合的神奇數(shù)字世界。

　　cpu的工作原理：

　　我們都知道CPU的根本任務(wù)就是執(zhí)行指令，對(duì)計(jì)算機(jī)來說最終都是一串由“0”和“1”組成的序列。CPU從邏輯上可以劃分成3個(gè)模塊，分別是控制單元、運(yùn)算單元和存儲(chǔ)單元，這三部分由CPU內(nèi)部總線連接起來。如下所示：

　　控制單元：控制單元是整個(gè)CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR（Instruction Register）、指令譯碼器ID（Instruction Decoder）和操作控制器OC（Operation Controller）等，對(duì)協(xié)調(diào)整個(gè)電腦有序工作極為重要。它根據(jù)用戶預(yù)先編好的程序，依次從存儲(chǔ)器中取出各條指令，放在指令寄存器IR中，通過指令譯碼（分析）確定應(yīng)該進(jìn)行什么操作，然后通過操作控制器OC，按確定的時(shí)序，向相應(yīng)的部件發(fā)出微操作控制信號(hào)。操作控制器OC中主要包括節(jié)拍脈沖發(fā)生器、控制矩陣、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、復(fù)位電路和啟停電路等控制邏輯。

　　運(yùn)算單元：是運(yùn)算器的核心。可以執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算（包括加減乘數(shù)等基本運(yùn)算及其附加運(yùn)算）和邏輯運(yùn)算（包括移位、邏輯測試或兩個(gè)值比較）。相對(duì)控制單元而言，運(yùn)算器接受控制單元的命令而進(jìn)行動(dòng)作，即運(yùn)算單元所進(jìn)行的全部操作都是由控制單元發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，所以它是執(zhí)行部件。

　　存儲(chǔ)單元：包括CPU片內(nèi)緩存和寄存器組，是CPU中暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的地方，里面保存著那些等待處理的數(shù)據(jù)，或已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)，CPU訪問寄存器所用的時(shí)間要比訪問內(nèi)存的時(shí)間短。采用寄存器，可以減少CPU訪問內(nèi)存的次數(shù)，從而提高了CPU的工作速度。但因?yàn)槭艿叫酒娣e和集成度所限，寄存器組的容量不可能很大。寄存器組可分為專用寄存器和通用寄存器。專用寄存器的作用是固定的，分別寄存相應(yīng)的數(shù)據(jù)。而通用寄存器用途廣泛并可由程序員規(guī)定其用途，通用寄存器的數(shù)目因微處理器而異。這個(gè)是我們以后要介紹這個(gè)重點(diǎn)，這里先提一下。

　　我們將上圖細(xì)化一下，可以得出CPU的工作原理概括如下：

　　總結(jié)一下，CPU的運(yùn)行原理就是：

　　1、取指令：CPU的控制器從內(nèi)存讀取一條指令并放入指令寄存器。指令的格式一般是這個(gè)樣子滴：

　　操作碼就是匯編語言里的mov，add，jmp等符號(hào)碼；操作數(shù)地址說明該指令需要的操作數(shù)所在的地方，是在內(nèi)存里還是在CPU的內(nèi)部寄存器里。

　　2、指令譯碼：指令寄存器中的指令經(jīng)過譯碼，決定該指令應(yīng)進(jìn)行何種操作（就是指令里的操作碼）、操作數(shù)在哪里（操作數(shù)的地址）。

　　3、 執(zhí)行指令，分兩個(gè)階段“取操作數(shù)”和“進(jìn)行運(yùn)算”。

　　4、 修改指令計(jì)數(shù)器，決定下一條指令的地址。