淺談CPU（Central Processing Unit）

中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規模的集成電路，是一臺計算機中的控制核心和運算核心。它的主要功能是翻譯程序指令和進行數據處理。

中央處理器主要由運算器（算數邏輯運算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和緩沖存儲器（Cache）組成，也包括能實現它們之間聯系的數據、控制單元和總線。

中央處理器的主要作用是將程序中的指令翻譯成機器指令供機器識別，繼而實現數據的處理。所以，CPU的根本任務就是執行程序指令。

下面來分析CPU是如何完成程序指令的執行：

首先，CPU的工作主要由三個單元構成，分別是：控制單元、運算單元和存儲單元。

一。控制單元

CPU的控制單元主要由指令計數器（IC、Instruction Counter）、指令寄存器（IR、Instruction Register）、指令譯碼器（ID、Instruction Decoder）和操作控制器（OC、Opreater）組成。

1、指令計數器 IC

指令計數器又稱程序計數器，是中央處理器內的一個寄存器，其作用是存放當前正在進行的指令的地址。當指令計算器中指令被取出后，計數器內的地址加一或者指針下移一位，此時計數器內的地址即為下一條指令的地址。

2、指令寄存器 IR

指令寄存器的主要功能是存儲將要執行的程序指令。由指令計數器中的指令地址找到內存中相對應的指令地址后，處理器將此條指令存儲進指令寄存器中，以供后續使用。

3、指令譯碼器 ID

程序指令存儲進處理器的指令寄存器后，由指令譯碼器將由高級語言表示的指令翻譯成計算機能夠識別的機器語言。

4、操作控制器 OC

操作控制器的功能就是根據指令操作碼和時序信號，產生各種操作控制信號，發送給運算單元，完成取指令和執行操作的控制。

二。存儲單元

CPU的存儲單元主要由CPU的內緩存寄存器和寄存器組構成，主要用于暫時存放數據（包括待處理的和已處理的數據）。

由于CPU訪問自身內寄存器的訪問速度比CPU訪問系統內存數據的訪問速度快得多，所以，將內存中的數據讀取進CPU的內緩存器中，減少了CPU訪問系統內存的次數，提 高了訪問效率和CPU的工作速度。

三。運算單元

計算機的運算包括算術運算（如加減乘除）和邏輯運算。

處理器內的運算單元接收控制單元發出的信號和存儲單元內的對應數據，實現操作的執行。

故，運算單元是中央控制器內的執行單元，它的所有動作都按照控制單元發出的信號進行。

CPU的三個主要單元有序循環工作，便能實現CPU的命令執行功能：

Step1：取指令。處理器根據指令計數器中存放的地址找到內存中對應的指令，并將其存儲進處理器內的指令寄存器中，即完成了“取指令”操作。與此同時，指令計數器的地址變成下一條指令的地址。

Step2：翻譯指令。從內存中取出的指令是由高級程序語言表示的，不能被計算機直接識別。通過指令譯碼器的處理，寄存在指令寄存器中的指令變成能夠被計算機直接識別的機器語言以實現指令的執行。

Step3：執行指令。操作控制器將譯碼后的指令發送給相應的運算單元，運算單元結合存儲單元內的數據，對數據進行進行相應的操作。

這三個步驟有序的循環進行，直到程序指令結束，即能完成指令的執行。