【基础知识】 CPU 详细整理

提要

64位/32位操作系统，64/32指的是通用寄存器的位数。

CPU的内部结构解析

CPU和内存是由许多晶体管组成的电子部件，通常称为IC（Integrated Circuit，集成电路）。从功能方面来看，CPU的内部由寄存器，控制器，运算器和时钟四部分构成，各部分之间由电流信号相互连通。

寄存器：可用来暂存指令，数据等处理对象，可以将其看做是内存的一种。根据种类的不同，一个CPU内部会有20~100个寄存器。

控制器：负责把内存上的指令，数据等读入寄存器，并根据指令的执行结果来控制整个计算机。

运算器：负责运算从内存读入寄存器的数据。

时钟：负责发出CPU开始计时的时钟信号。不过，也有些计算机的时钟位于CPU的外部。

MMU:

CPU 的主频：CPU 的主频是由一个晶体振荡器来实现的

CPU的运作原理：取指令》译码》获取操作数》执行指令（ALU）》存储（寄存器）

取指令

CPU是寄存器的集合体

程序是把寄存器作为对象来描述的 例如C#IL操作码，就是寄存器。

使用高级语言编写的程序会在编译后转化成机器语言，然后通过CPU内部的寄存器来处理。不同类型的CPU，其内部寄存器的数量，种类以及寄存器存储的数值范围都是不同的。根据功能的不同，我们可以将寄存器大致划分为八类。

累加寄存器：存储执行运算的数据和运算后的数据。

标志寄存器：存储运算处理后的CPU的状态。

pc程序计数器：指令指针 存储下一条指令所在内存的地址。

指令计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。 为了保证程序(在操作系统中理解为进程)能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC，因此程序计数器（PC）的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。PC的维数一般和存储器地址寄存器MAR的维数一样。

当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值，此PC值就是转去的地址，以此实现转移。有些机器中也称PC为指令指针IP（Instruction Pointer）

基址寄存器：存储数据内存的起始地址。

变址寄存器：存储基址寄存器的相对地址。

通用寄存器：存储任意数据。

指令寄存器：存储指令。CPU内部使用，程序员无法通过程序对该寄存器进行读写操作。

栈寄存器：存储栈区域的起始地址。

取指令：程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”

其中，程序计数器，累加寄存器，标志寄存器，指令寄存器和栈寄存器都只有一个，其他的寄存器一般有多个。

汇编语言的的指令是和寄存器和运算器 存储器一 一对应的。如，加法指令00000011写成汇编语言就是 ADD。只要还原成二进制，汇编语言就可以被 CPU 直接执行，所以它是最底层的低级语言。

C# IL代码指令不是一 一对应的。IL的指令是组合出来的。是对机器指令的抽象。

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