cpu是啥东西？ 循序渐进理解什么是CPU

CPU最简单的结构框图：

图一

从图一可以看出，CPU由运算器（单元）、控制器和存储器组成。运算器是用来做加减运算的，存储器是用来存储指令中用到的数据，注意，CPU里面的存储单元和左边的内存是不同的，前者一般是寄存器，速度比内存更快，但价格更昂贵。这两个设备的作用都好理解。关键是控制器是做什么用呢？

从图一中可以看出，控制器是和指令寄存器直接相连的。我们知道，CPU执行指令是一条一条执行的，但CPU是靠电来控制的，那么，怎么来保证指令按顺序执行呢？这就是控制器的作用。我们注意到，CPU是和外部内存的代码段、数据段连接在一起的。

图二

图二是CPU执行指令的示意图。CPU执行一条指令的步骤可以简化为：

（1）从CS:IP指向内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；

（2）IP = IP + 所读取指令的长度，从而指向下一条指令；

（3）执行指令。 转到步骤 （1），重复这个过程。

上面第一步中的CS:IP是两个寄存器，共同得出将要执行的下一条指令的地址。比如图二中第一条指令的地址是20000号，这可以理解为当CS:IP得出20000这个地址以后，就相当于有了20000号这个房间的钥匙，可以把里面的指令内容B8 23 01读出来。

有了上面初步的指令执行的概念以后，再看下图：

图三

图三是在图一的基础上进行了细化的CPU结构。图中的ALU对应图一的运算器，累加器AC对应图一中的存储单元，存储器等于图一的内存。其它的基本属于控制器部件。这个图里面，首先我们搞清楚什么是时序产生器。

其实很简单，就像一条生产线，生产线上的工人或者机器的每一个动作，都必须得到所操作的产品的到来时刻、上下岗位的严格配合才能正常运转。CPU是由电控制的，这方面要求更为严格。比如最简单的一个指令mov ax,10H,就是把10H这个数字放到ax寄存器中，但在放进去之前，必须先保证ax寄存器中的数据已经没有别的指令在使用，类似的工作就是由时序完成的。

那么，什么是指令译码器呢？我们可以这样理解：当甲让乙拿起桌子上的一个水杯的时候，乙收到这个指令后，他的脑袋里面就要把“拿起桌子上的一个水杯”这句话转变成走到桌子旁边、伸出手、再拿起杯子等一系列动作，这个过程我们可以理解为译码的过程。放到计算机里面，其实就是把mov ax,10H这样的一条指令转变为一个个具体的电路开关通断动作的过程。

缓冲寄存器的作用是为了解决CPU速度快于内存的速度而设置的。CPU执行一条指令的时间非常短（比如1纳秒），如果执行完了一条指令又要到内存去取下一条，这个动作相对比较长（比如100纳秒），那么CPU就要在那里干等99纳秒，所以设置缓冲寄存器的目的就是可以一次性取出多条指令放进CPU内部，以避免上述情况的发生。

总之，一条指令的执行，需要CPU内部各个器件的配合才能完成，并且要用到地址总线传送地址，数据总线传送数据等。

最后放上一个CPU功能图。