cpu的作用和功能(电脑cpu的作用)

CPU（Central Processing Unit）是计算机的主要处理器件，负责控制整个计算机的运行、数据的运算和处理，是计算机的“大脑”。CPU主要由控制单元、算术逻辑单元和缓存组成，通过时钟发出的计时信号完成指令的执行。它的主要功能包括指令解码、数据运算、中断处理、计时控制等。CPU性能直接决定了计算机的运行速度和应用的效率。

在之前的文章《》介绍了如何制造CPU，那么它是如何工作的呢？本文由CPU阿甘改编而得，主要讲的是系统启动和程序执行时CPU做的工作。

CPU的构成

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）由运算器、控制器、Cache等。

可以看出CPU的主要功能是接收指令，执行指令。不过CPU不能保存指令。

最大的优点在于速度快，以ns为单位，内存比它慢了100倍，硬盘比它慢了1000多万倍。

下面我们主要介绍一下计算机从加电到加载操作系统中，CPU主要做了什么事情。

启动

当计算机上电了以后，CPU就先会执行内存最顶端的指令，现是一条跳转指令，所以会去执行BIOS里面的代码。

我们知道BIOS的主要功能是系统自检，看看内存、硬盘、显卡等是否有问题。自检完成以后，会产生中断，BIOS会告诉CPU是多少号中断。

中断了以后，CPU怎么知道去哪里执行响应中断的指令呢？我们可以用一张表来保存中断指令的响应代码，但是为了让这张表不那么臃肿，可以让这张表只保存响应代码的入口地址。

比如

这张表就称为中断向量表，保存的是响应中断的指令的入口地址，类似于响应代码的房间号。

CPU可以通过中断向量表查找到对应的指令，这条指令的目的是把磁盘的第一扇区（磁盘的BIOS）运到内存中。

到目前为止，硬件的初始化就完成了，下面应该加载操作系统。

运行程序

操作系统加载入内存中以后，会接管整个系统的管理工作。

下面我们来谈一下如何运行程序。

首先操作系统会为CPU分配进程，不过对CPU而言，它只关心自己的寄存器和程序计数器

要运行程序，首先需要从硬盘上加载程序。但是从硬盘上读程序实在太慢，CPU没有必要一直等着它，完全可以异步处理。

硬盘把返回的数据通过直接内存访问（DMA）把数据装载到内存中。这样CPU就解放出来，切换到另一个进程里面，当然相关的运行环境（寄存器、程序计数器）发生了改变。

但是上一个进程不可能放弃不执行了吧，所以等到当上一个进程的数据已经装载到了内存以后，CPU会收到一个中断，这样就可以切换回去了。

总结一下CPU的主要工作是，从内存中取出指令，进行译码，分解成为一系列的微操作，然后发出各种控制命令。

对CPU而言，主要关心的是它的寄存器和程序计数器，其中寄存器保存了计算的中间结果，而程序计数器可以用告诉CPU下一条指令去那里执行。

性能参数

CPU的主要性能参数有：

指令集

我们知道CPU的主要功能是解析指令，执行指令，也就是说CPU是靠一条一条的指令来计算和控制整个系统的。

也就是说不管是什么CPU，都有与之相匹配的指令系统。常用的指令集有两种

处理技术

本章主要介绍一下CPU体系架构里面常用的技术

流水线

每条指令都会经过取指(Fetch)，译码(D1, main decode)，转址(D2, translate)，执行(EX, execute)，写回(WB)结果等步骤。

那么当CPU预取完毕，进行译码的时候，预取部分的电路单元其实是空闲的。那么能不能让下一条指令进来执行预取的过程呢？答案是完全可以。

如下图所示，我们可以每过一个周期放入一条指令，这样在第5个时刻，最开始放入的指令其实已经执行到了最后一步WB了，第2条进入执行的指令比它晚一拍，执行到了EX上，其他的一次类推。

这样不断的有新的指令进入，同一时刻5条指令都在执行，只是说他们执行的阶段不一样。这样就实现了并行处理。

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