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CPU

CPU，或者微處理器，是計算機系統的核心。微處理器進行計算或者邏輯操作并且管理來自主存的指令并執行它。在計算機的早期時代，微處理器的功能部件使用的是分立元件（外型很大）。 這就是中央處理單元這一名詞的由來。現代微處理器將部件結合到小型硅片上的集成電路中。在本書中 CPU 和微處理器及處理器有相同的意義。 微處理器的操作對象是二進制數據；數據由 0 和 1 組成。 1 和 0 對應著電子開關的開路與斷路狀態。正如十進制的 42 表示有 4 個 10 和一個 2 一樣，一個二進制數是一系列表示 2 的次冪的二進制數字組成。二進制 0001 對應十進制的 1，二進制的 0010 對應十進制的 2，二進制的 0011 表示 3，而 0100 對應 4。十進制 42 的二進制表示為 101010。但是在計算機程序中， 人們常用十進制來表示數而不是直接使用二進制。

在需要使用二進制數時，人們往往使用 16 進制數。如十進制數只能從 0 到 9 一樣，16 進制數可以從 0 疏導 15，其中 10 到 15 分別用字母 A、B、C、D、E 及 F 來表示。這樣 16 進制的 2A 的十進制表示為 42-2*16+10=42。在 C 程序語言中，16 進制數的前綴為“0x”；16 進制的 2A 寫成 0x2A。 微處理器可以執行如加、乘和除以及象“X 是否比 Y 大”這種邏輯運算。處理器的執行由外部時鐘來監控。這個時鐘稱為系統時鐘，它每隔相同的時間間隔就向 CPU 發送一個脈沖。在每個時鐘脈沖上，處理器都會做一些工作。比如，處理器每個時鐘脈沖上執行一條指令。

處理器的速度一般以系統時鐘的速率來描敘。一個 100MHz 的處理器每秒將接收 100，000，000 個時鐘滴答。但是用 CPU 的時鐘頻率來描敘 CPU 的工作能力是不正確的，因為它們執行的指令不相同。然而，快速的時鐘可以在某種程度上代表高性能的 CPU。處理器執行的指令是非常簡單的；例如“將內存 X 處的內容讀入寄存器 Y”。寄存器是微處理器的內部存儲部件，用來存儲數據并對數據執行某些指令。有些指令有可能使處理器停止當前的工作而跳轉到內存中另外一條指令執行。現代微處理器的緊湊設計使得它有可能每秒執行上百萬甚至億條指令。指令執行前必須從內存中取出來。指令自身要使用的數據也必須從內存中取出來并放置在適當的地方。微處理器中寄存器的大小、數量以及類型都取決于微處理器的類型。Intel 80486 處理器和 Alpha AXP 有迥然不同的寄存器，最明顯的區別在于 Intel 寄存器為 32 位而 Alpha AXP 為 64 位。一般來說，任何處理器都有許多通用寄存器和少量專用寄存器。許多微處理器有以下幾種特定的寄存器。

程序計數器（PC） 此寄存器包含下條指令執行的地址。每當取回一條指令時，PC 的內容將自動增加。

堆棧指針（SP） 微處理器經常需要訪問存儲臨時數據的外部 RAM。堆棧是一種便捷的存放臨時數據的方法，處理器提供了特殊指令來將數值壓入堆棧然后將其從堆棧中彈出。堆棧以后進先出（LIFO）的方式工作。換句話說，如果你壓入兩個值 X 和 Y，然后執行彈棧操作，你將取到 Y 的值。

有些處理器的堆棧從內存頂部向下增長而有些相反。但有的處理器同時支持這兩種方式，如 ARM。處理機狀態字（PS） 指令的執行將得到執行結果；比如“寄存器 X 中的內容要大于寄存器 Y 中的內容？”將得到正確或錯誤作為結果。PS 寄存器包含著這些信息及有關處理器當前狀態的其他信息。例如大多數處理器至少有兩種執行方式，核心（或管態）與用戶方式。PS 寄存器包含表示當前執行方式的信息。