中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規模的集成電路，是一台計算機的運算核心（Core）和控製核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。中央處理器主要包括運算器（算術邏輯運算單元，ALU，ArithmeTIc Logic Unit）和高速緩衝(chong) 存儲(chu) 器（Cache）及實現它們(men) 之間聯係的數據（Data）、控製及狀態的總線（Bus）。它與(yu) 內(nei) 部存儲(chu) 器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設備合稱為(wei) 電子計算機三大核心部件。

　　cpu的基本結構

　　從(cong) 功能上看，一般CPU的內(nei) 部結構可分為(wei) ：控製單元、邏輯運算單元、存儲(chu) 單元（包括內(nei) 部總線和緩衝(chong) 器）三大部分。其中控製單元完成數據處理整個(ge) 過程中的調配工作，邏輯單元則完成各個(ge) 指令以便得到程序最終想要的結果，存儲(chu) 單元就負責存儲(chu) 原始數據以及運算結果。渾然一體(ti) 的配合使得CPU擁有了強大的功能，可以完成包括浮點、多媒體(ti) 等指令在內(nei) 的眾(zhong) 多複雜運算，也為(wei) 數字時代加入了更多的活力。

　　邏輯部件

　　英文Logic components；運算邏輯部件。可以執行定點或浮點算術運算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執行地址運算和轉換。

　　寄存器

　　寄存器部件，包括寄存器、專(zhuan) 用寄存器和控製寄存器。 通用寄存器又可分定點數和浮點數兩(liang) 類，它們(men) 用來保存指令執行過程中臨(lin) 時存放的寄存器操作數和中間（或最終）的操作結果。 通用寄存器是中央處理器的重要部件之一。

　　控製部件

　　英文Control unit；控製部件，主要是負責對指令譯碼，並且發出為(wei) 完成每條指令所要執行的各個(ge) 操作的控製信號。

　　其結構有兩(liang) 種：一種是以微存儲(chu) 為(wei) 核心的微程序控製方式；一種是以邏輯硬布線結構為(wei) 主的控製方式。

　　微存儲(chu) 中保持微碼，每一個(ge) 微碼對應於(yu) 一個(ge) 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，這種微碼序列構成微程序。中央處理器在對指令譯碼以後，即發出一定時序的控製信號，按給定序列的順序以微周期為(wei) 節拍執行由這些微碼確定的若幹個(ge) 微操作，即可完成某條指令的執行。

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

　　CPU的邏輯單元

　　更細一點，從(cong) 實現的功能方麵看，CPU大致可分為(wei) 如下八個(ge) 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(cang) 庫，有了它CPU就不必停下來查找計算機內(nei) 存中的指令，從(cong) 而大幅提高了CPU的運算速度。

　　譯碼單元，俗稱指令譯碼器 ： 它負責將複雜的機器語言指令解譯成運算邏輯單元（ALU）和寄存器能夠理解的簡單格式，就像一位外交官。

　　控製單元 ： 既然指令可以存入CPU，而且有相應指令來完成運算前的準備工作，背後自然有一個(ge) 扮演推動作用的角色——它便是負責整個(ge) 處理過程的操作控製器。根據來自譯碼單元的指令，它會(hui) 生成控製信號，告訴運算邏輯單元（ALU）和寄存器如何運算、對什麽(me) 進行運算以及對結果進行怎樣的處理。

　　寄存器 ： 它對於(yu) CPU來說非常的重要，除了存放程序的部分指令，它還負責存儲(chu) 指針跳轉信息以及循環操作命令，是運算邏輯單元（ALU）為(wei) 完成控製單元請求的任務所使用的數據的小型存儲(chu) 區域，其數據來源可以是高速緩存、內(nei) 存、控製單元中的任何一個(ge) 。

　　邏輯運算單元（ALU） ： 它是CPU芯片的智能部件，能夠執行加、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(yu) 、非。來自控製單元的訊息將告訴運算邏輯單元應該做些什麽(me) ，然後運算單元會(hui) 從(cong) 寄存器中間斷或連續提取數據，完成最終的任務。

　　預取單元 ： CPU效能發揮對其依賴非常明顯，預取命中率的高低直接關(guan) 係到CPU核心利用率的高低，進而帶來指令執行速度上的不同。根據命令或要執行任務所提出的要求，何時時候，預取單元都有可能從(cong) 指令高速緩存或計算機內(nei) 存中獲取數據和指令。當指令到達時，預取單元最重要的任務就是確保所有指令均排列正確，然後發送給譯碼單元。

　　總線單元 ： 它就像一條高速公路，快速完成各個(ge) 單元間的數據交換，也是數據從(cong) 內(nei) 存流進和流出CPU的地方。

　　數據高速緩存 ： 存儲(chu) 來自譯碼單元專(zhuan) 門標記的數據，以備邏輯運算單元使用，同時還準備了分配到計算機不同部分的最終結果。

　　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(nei) 部更像一個(ge) 發達的裝配工廠，環環相扣，層層相套。正因為(wei) 有了相互間的協作配合，才使得指令最終得以執行，才構成了圖文並茂、影像結合的神奇數字世界。

　　cpu的工作原理：

　　我們(men) 都知道CPU的根本任務就是執行指令，對計算機來說最終都是一串由“0”和“1”組成的序列。CPU從(cong) 邏輯上可以劃分成3個(ge) 模塊，分別是控製單元、運算單元和存儲(chu) 單元，這三部分由CPU內(nei) 部總線連接起來。如下所示：

　　控製單元：控製單元是整個(ge) CPU的指揮控製中心，由指令寄存器IR（InstrucTIon Register）、指令譯碼器ID（InstrucTIon Decoder）和操作控製器OC（OperaTIon Controller）等，對協調整個(ge) 電腦有序工作極為(wei) 重要。它根據用戶預先編好的程序，依次從(cong) 存儲(chu) 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）確定應該進行什麽(me) 操作，然後通過操作控製器OC，按確定的時序，向相應的部件發出微操作控製信號。操作控製器OC中主要包括節拍脈衝(chong) 發生器、控製矩陣、時鍾脈衝(chong) 發生器、複位電路和啟停電路等控製邏輯。

　　運算單元：是運算器的核心。可以執行算術運算（包括加減乘數等基本運算及其附加運算）和邏輯運算（包括移位、邏輯測試或兩(liang) 個(ge) 值比較）。相對控製單元而言，運算器接受控製單元的命令而進行動作，即運算單元所進行的全部操作都是由控製單元發出的控製信號來指揮的，所以它是執行部件。

　　存儲(chu) 單元：包括CPU片內(nei) 緩存和寄存器組，是CPU中暫時存放數據的地方，裏麵保存著那些等待處理的數據，或已經處理過的數據，CPU訪問寄存器所用的時間要比訪問內(nei) 存的時間短。采用寄存器，可以減少CPU訪問內(nei) 存的次數，從(cong) 而提高了CPU的工作速度。但因為(wei) 受到芯片麵積和集成度所限，寄存器組的容量不可能很大。寄存器組可分為(wei) 專(zhuan) 用寄存器和通用寄存器。專(zhuan) 用寄存器的作用是固定的，分別寄存相應的數據。而通用寄存器用途廣泛並可由程序員規定其用途，通用寄存器的數目因微處理器而異。這個(ge) 是我們(men) 以後要介紹這個(ge) 重點，這裏先提一下。

　　我們(men) 將上圖細化一下，可以得出CPU的工作原理概括如下：

　　總結一下，CPU的運行原理就是：

　　1、取指令：CPU的控製器從(cong) 內(nei) 存讀取一條指令並放入指令寄存器。指令的格式一般是這個(ge) 樣子滴：

　　操作碼就是匯編語言裏的mov，add，jmp等符號碼；操作數地址說明該指令需要的操作數所在的地方，是在內(nei) 存裏還是在CPU的內(nei) 部寄存器裏。

　　2、指令譯碼：指令寄存器中的指令經過譯碼，決(jue) 定該指令應進行何種操作（就是指令裏的操作碼）、操作數在哪裏（操作數的地址）。

　　3、 執行指令，分兩(liang) 個(ge) 階段“取操作數”和“進行運算”。

　　4、 修改指令計數器，決(jue) 定下一條指令的地址。