CPU（中央处理器）

• Centural Processing Unit
• cpu = ‘大脑’
• 核心：从程序或者内存中提取指令并执行
• 三阶段：提取——解码——执行（cpu从主存中提取指令，然和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）

CPU内部处理过程

cpu主要由两部分组成：

• 控制单元：从内存中提取指令并解码执行
• 算术逻辑单元（ALU）：处理算数和逻辑运算

cpu和内存是许多晶体管组成的电子部件，cpu与输入输出设备（I/O）设备进行通信，这些设备从cpu接收数据和发送数据

cpu的内部组成：

组成	作用
寄存器	暂存指令，数据和地址（可以看作是“内存”）， 20~100个寄存器
控制器	将内存上的指令和数据读入寄存器，并根据运行结果控制计算机
运算器	运算从内存中读入寄存器的数据
时钟	发出cpu开始计时的时钟信号

cpu是一系列寄存器的集合体

程序是将寄存器作为对象描述的

寄存器	作用
累加寄存器	存储运行的数据和运算后的数据
标志寄存器	反应处理器的状态，运算结果的某些特征以及控制指令的执行
程序计数器	存放下一条指令所在单元的地址
基址寄存器	数据内存的起始地址
变址寄存器	存储基址寄存器的相对地址
通用寄存器	存储任意数据
指令寄存器	存储正在被运行的指令（cpu内部使用，程序员无法操作）
栈寄存器	存储栈的起始位置

程序计数器（Program Counter）

存储下一条指令的地址

• 程序计数器的初值：程序的第一条指令的地址
• 顺序执行：控制器首先按照程序计数器所指向的地址从内存中取出一条指令，然后分析和执行该指令，同时 +1
  

条件分支和循环

高级语言中主要三种控制流程：顺序、条件和循环

• 顺序执行：程序计数器+1
• 条件和循环：程序计数器指向任意地址
  

标志寄存器

无论当前的累加寄存器运算结果位正、负或者0，标志寄存器都会将其保存。
程序比较的指令——其实是做减法

函数调用机制

地址

cpu执行过程

几乎所有的冯·诺依曼计算机的cpu都有5个阶段

1. 取指令：将内存中的指令读到cpu寄存器，程序计数器存储下一条指令的地址
2. 指令译码：拆分、解码
3. 执行
4. 访存取数：根据执行要求，从内存中提取数据
5. 结果写回：通常写回到cpu的内部寄存器中，以便后续指令快速地存取