CPU的工作原理

CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，这里给大家分享一些关于CPU的工作原理，希望对大家能有所帮助。

提取

第一阶段，提取，从存储器或高速缓冲存储器中检索指令为数值或一系列数值。由程序计数器Program Counter指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。

解码

CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构ISA定义将数值解译为指令。一部分的指令数值为运算码Opcode，其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给指令必要的信息，诸如一个加法Addition运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值即立即值，或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往可以重写，方便变更解码指令。

执行

在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。例如，要求一个加法运算，算数逻辑单元ALU，Arithmetic Logic Unit将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值，而输出将含有总和的`结果。ALU内含电路系统，易于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算比如加法和位元运算。如果加法运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果，在标志暂存器里，运算溢出Arithmetic Overflow标志可能会被设置。

写回

最终阶段，写回，以一定格式将执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速存取。在其它案例中，运算结果可能写进速度较慢，但容量较大且较便宜的主记忆体中。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果。这些一般称作ldquo;跳转Jumps，并在程式中带来循环行为、条件性执行透过条件跳转和函式。许多指令也会改变标志暂存器的状态位元。

这些标志可用来影响程式行为，缘由于它们时常显出各种运算结果。例如，以一个比较指令判断两个值的大小，根据比较结果在标志暂存器上设置一个数值。这个标志可藉由随后的跳转指令来决定程式动向。在执行指令并写回结果之后，程序计数器的值会递增，反覆整个过程，下一个指令周期正常的提取下一个顺序指令。如果完成的是跳转指令，程序计数器将会修改成跳转到的指令位址，且程序继续正常执行。许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码，并且同时执行。这个部分一般涉及经典RISC管线，那些实际上是在众多使用简单CPU的电子装置中快速普及常称为微控制Microcontrollers。

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