电脑cpu的原理|电脑cpu的原理是什么

电脑cpu的原理是什么

对于没有硬件和电子相关知识的人来说，“计算机到底为什么能工作”这个问题确实比较深奥。
首先你需要明白计算机的CPU实际上和汽车的引擎是一个道理，只不过一个是机械的，一个是电子的。它们在飞速运转中遵循某些固定的状态，外界通过对其输入的控制来产生输出。对于CPU来说，带动其运转的东西叫“时钟”。时钟在0和1之间按特定频率变换，由此同步各个电路组件的状态变化，以便输出正确的值。（有些人没事儿就喜欢超频，说白了就是在加快这个时钟的变换频率。）时钟和寄存器有关，但是为了不跑题，我就不具体解释了。

为了便于理解，我们在此问题中只讨论MIPS架构的CPU。

首先，指令【instruction】由更上层的编程语言（比如C）编译而来，它在内存中是许多串由0和1组成的数列，本身代表的就是电路通断，不用再次进行编译。

由于早期的MIPS是基于“精简指令集”的32位计算机架构，因此每条指令长度一样，都是32位的，每条指令都是32个“0和1”。我们日常使用的CPU（比如酷睿i7）并不基于“精简指令集”，而是基于“复杂指令集”。它们所用的指令长度并不一样，因此它们的电路设计更加复杂，但基本原理还是一样的，同样是一堆“0和1”。

看上面的表
第一行 add
add $1 $2 $3这条指令在内存中应该长什么样？
000000 | 00010 | 00011 | 00001 | 00000 | 100000
这些0和1用竖线隔开后，每一块都用来控制不同的电路部件。
比如Rs Rt 和 Rd 代表的是这次运算所需要的三个寄存器，
寄存器是比内存还要快许多，可以理解为计算机中最基本的储蓄部件（算完了您得就近找个地儿搁啊）
再比如funct指的是算术逻辑单元【Arithmetic Logic Unit】所进行的相关操作，100000对于算术逻辑单元，代表的是“加”。

因此，如果把00000000010000110000100000100000翻译成人话，是这个意思：
“将寄存器$2和寄存器$3的数进行相加，并把结果存入寄存器$1”

以上是CPU工作原理的一部分。

至于“它如何控制某个晶体管的通断状态”，
首先，电路中这些所需的部件，都是由晶体管所组成的。
比如，上面提到的算术逻辑单元【ALU】：

这是某个ALU的门级电路，尽管这不是MIPS所用到的ALU，但他们类似。
A和B是输入，Result是计算结果输出，Carry-out是进位输出。由于这部分电路不含任何寄存器，我们忽略电路做出反应所需要的时间，并且默认电路的输出会随着输入的改变而立即改变。
你可以看到ALU Opcode，这就是上文提到的funct，你输入三位不同的控制信号，它会进行不同的操作。比如ALU Opcode ＝ 000在这里代表将A和B相加。

电路中的逻辑门实现了程序中最基本的布尔逻辑，相信大家对最基本的编程都有一点了解。
神马叫布尔逻辑？
举个比较笼统的例子，你在C语言中写了这么几行：

//判断变量x是否是100和30中间的一个数, &&(and)表示同时满足两个条件，and就是布尔逻辑的一种。
if ((x < 100) && (x > 30)) {
//如果是，就。。。。
}

那么这个“同时满足”到底应该由CPU的什么东西来判断？
答案是某种逻辑门或几种逻辑门的组合。

因此，我们再进一步放大，看这个ALU中的逻辑部件之一：与门【AND gate】
与门有什么性质？
比如：
1 AND 0 等于0
1 AND 1 等于1

简而言之，与门可以用来对比两个输入。因为对于它来说，只有当输入的A和B都为高电平（1）时，输出才会是高电平（1），否则输出低电平（0）。

最后，这个与门，其实是由

晶体管

组成的。希望你已经对这个问题有了一个大概的理解。以后有时间会再补充。

电脑cpu的原理是什么意思

cpu的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。cpu的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料(指令)，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)。萊垍頭條

生产出成品(处理后的数据)后，再存储在仓库(存储器)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。cpu作为是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，如往日的286、386、486，到如今的奔腾、奔腾四、K6等等，cpu的性能大致上也就反映出了它所配置的那部微机的性能，因此它的性能指标十分重要。條萊垍頭

电脑cpu介绍及作用是什么

运算器，控制器，存储器构成

1、运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。运算器中还要设置相应的部件，用来记录一次运算结果的特征情况，如是否溢出，结果的符号位，结果是否为零等。

计算机所采用的运算器类型很多，从不同的角度分析，就有不同的分类方法。从小数点的表示形式可分为定点运算器和浮点运算器。定点运算器只能做定点数运算，特点是机器数所表示的范围较小，但结构较简单。浮点运算器功能较强，既能对浮点数，又能对定点数进行运算，其数的表示范围很大，但结构相当复杂。从进位制方面分为二进制运算器和十进制运算器。一般计算机都采用二进制运算器，随着计算机广泛应用于商业和数据处理，越来越多的机器都扩充十进制运算的功能，使运算器既能完成二进制的运算，也能完成十进制运算。

2、控制器又分指令控制器、时序控制器、总行控制器、中断控制器

一、指令控制器

　控制器是控制器中相当重要的部分，它要完成取指令、分析指令等操作，然后交给执行单元（ALU或FPU）来执行，同时还要形成下一条指令的地址。

　二、时序控制器

时序控制器的作用是为每条指令按时间顺序提供控制信号。时序控制器包括时钟发生器和倍频定义单元，其中时钟发生器由石英晶体振荡器发出非常稳定的脉冲信号，就是CPU的主频；而倍频定义单元则定义了CPU主频是存储器频率（总线频率）的几倍。

　三、总线控制器

总线控制器主要用于控制CPU的内外部总线，包括地址总线、数据总线、控制总线等等。

　四、中断控制器

中断控制器用于控制各种各样的中断请求，并根据优先级的高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。

3、储存器主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器（或辅助存储器）。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。

他们与内存的关系：

很形象的告诉你

CPU是大脑，思考处理问题

内存是神经，过渡分配给显卡，声卡等等

电脑cpu的工作原理

在不少的计算机论坛当中，人们经常会看到CPU这个概念，究竟这个CPU具有什么功能？在电脑当中它主要起什么作用，下面让我们一起去了解吧。

详细内容

计算机的性能在很大程度上由CPU的性能决定，而CPU的性能主要体现在其运行程序的速度上。

影响计算机运行速度的性能指标包括CPU的工作频率、Gache容量指令系统和逻辑结构等参数。

CPU主要包括运算器和高速缓沖存储器及实现它们之间联系的数据控制及状态的总线。CPU与内部存储器和输入/输出设备，合称为电子计算机三大核心部件。

计算机的所有操作都受CPU控制，CPU的性能指标直接决定了微机系统的性能指标。CPU具有4个方面的基本功能：数据通信，资源共享，分布式处理，提供系统可靠性。

CPU运作原理可基本分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。

电脑cpu的原理是什么样的

CPU的结构主要由运算器、控制器、寄存器三大块组成。萊垍頭條

①运算器就是中央机构里负责执行任务的部门，也就是专门干活的；而控制器就是中央机构的领导小组，针对不同需要，给运算器下达不同的命令；寄存器可以理解为控制器和运算器之间的联络小组，主要工作就是协调控制器和运算器。頭條萊垍

运算器这个干活的部门，平日里整个中央机构要干点啥事就找这个部门。例如东边洪灾了，你去赈灾吧；西边发现金矿了，你去主导挖矿吧；北边下大雪了，你去送温暖吧；南边下暴雨了，你去疏导洪流吧……條萊垍頭

②而控制器这个部门比较牛逼，他们是不用干活的，主要就是对国家（整部计算机）发生的各种情况，做出应对，然后让运算器去把活干好。在这里，我们会发现一个大问题：如果这个部门闲的蛋疼，乱下命令怎么办？这也好办，我们就制定出一套行为规范来限制他们，不让他们乱搞。而这套行为规范就是CPU的指令集。條萊垍頭

指令集就是CPU的行为规范，所有的命令都必须严格按照这部行为规范来执行。在这里说明一下不同类型的CPU指令集也不一样，其中最常见的就是X86架构下的复杂指令集和ARM架构下的简单指令集。X86就是我们平常电脑CPU的架构，ARM就是手机CPU的架构。垍頭條萊

由于电脑CPU这个中央机构所在的国家（电脑）面积大、人口多、国情复杂，啥事都会发生，所以规章制度就需要特别完善，考虑到方方面面的情况要怎么应对。而手机CPU这个中央机构国家小、人口少、面积窄，所以规章制度简单一点就可以了。这就是复杂指令集和简单指令集的区别。垍頭條萊

③寄存器这个部门稍微复杂一点，因为它虽然没有运算器和控制器那么重要，但是它P事多，控制器平时总喜欢让寄存器去给运算器传达个命令。而运算器有时候也会担心数据太多一时处理不过来，就让寄存器帮它先记着，有时候工作需要纸笔、螺丝刀之类的小工具，也让寄存器帮它拿着。萊垍頭條

頭條萊垍

CPU读取数据速度

萊垍頭條

了解完寄存器的功能后，又发现了一个问题，如果控制部门下达的命令太多，而运算部门又没那么快可以做完，又或者运算器让它记住的东西或者临时拿着的东西太多，寄存器部门太小，人太少，忙不过来怎么办？好办，扩招人员吧，可是这个部门的人员都是编制内的，没有在编名额了怎么办？也好办，那就招些编外人员吧，也就是我们常说的临时工。萊垍頭條

招了临时工，总要给他个名号吧，那就再成立一个部门，叫高速缓存。为了体现亲疏有别，这个部门把临时工分为三个等级，分别是一级高速缓存、二级高速缓存、三级高速缓存。反正也是临时工，名号就这么随便叫吧。頭條萊垍

在CPU这个中央机构可跟新闻上说的事给临时工做、锅给临时工背不同，在这里高速缓存这个临时工部门是作为寄存器替补而存在的，也是说，必须在寄存器完成不了工作量时，才能交给高速缓存来做。一开始交给一级高速缓存来做，一级也做不完再给二级，二级还做不完就给三级。这里又有一个问题出现了，那就是如果三级也做不完怎么办？萊垍頭條

这完全没问题，交给中央机构的一个下属部门去办，这个部门就是内存。但是因为内存毕竟不属于中央机构，工作能力没有中央机构人员那么强，效率也没有那么高。萊垍頭條

所以控制部门要下达命令或者运算部门要做事时，首先想到的就是寄存器，寄存器忙不过来了就找高速缓存帮忙，高速缓存也忙不过来就找内存帮忙。那么，内存也传达不过来呢？内存传达不过来那就没办法了，只能让电脑卡着吧，等运算部门先把上一件事处理好再说。所以，买电脑，不能光看CPU牛不牛，内存容量也要跟上。垍頭條萊

还有一个容易被大家忽略的问题，在这里也说一下吧，那就是晶体管。晶体管是构成CPU最基础的原件，可以理解为整个中央机构的工作人员。随着科技的进步，CPU生产工艺越来越精细，目前手机端CPU（ARM架构）制程已经提升到7nm，电脑端也达到了14nm。萊垍頭條

制程的提升，我们可以理解为，缩减每个办公人员的办公面积，以前科技不发达每个办公人员必须配一个独立办公室，才能有效完成工作，现在技术进步了，每个办公人员只需要一张办公桌就能完成工作了。所以同样的一栋大楼，可以容纳的办公人员（晶体管）就多了，工作能力就上升了。萊垍頭條

以前一个CPU由于制程落后，只能容纳几千万或者几亿个晶体管，现在制程进步了，一个同样体积的CPU可以容纳几十亿个晶体管，性能自然就提升了。萊垍頭條

條萊垍頭

CPU是什么原理

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，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。

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))。

基本结构

　　CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

运算逻辑部件

　　运算逻辑部件，可以执行定点或浮点的算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址的运算和转换。

寄存器部件

　　寄存器部件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令中的寄存器操作数和操作结果。通用寄存器是中央处理器的重要组成部分，大多数指令都要访问到通用寄存器。通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度，其端口数目往往可影响内部操作的并行性。专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。控制寄存器通常用来指示机器执行的状态，或者保持某些指针，有处理状态寄存器、地址转换目录的基地址寄存器、特权状态寄存器、条件码寄存器、处理异常事故寄存器以及检错寄存器等。有的时候，中央处理器中还有一些缓存，用来暂时存放一些数据指令，缓存越大，说明CPU的运算速度越快，目前市场上的中高端中央处理器都有2M左右的二级缓存，高端中央处理器有4M左右的二级缓存。

计算机组成原理cpu是什么

CPU的结构和工作原理。CPU的结构主要由运算器、控制器、寄存器三大块组成。

①运算器就是中央机构里负责执行任务的部门，也就是专门干活的；而控制器就是中央机构的领导小组，针对不同需要，给运算器下达不同的命令；寄存器可以理解为控制器和运算器之间的联络小组，主要工作就是协调控制器和运算器。

电脑CPU工作原理

CPU供电电路通常采用PWM开关电源方式供电，即由电源管理芯片根据CPU工作电源需求，向连接的场效应管发出脉冲控制信号，然后控制场效应管的导通和截止，将电能储存在电感中，然后再通过电容滤波后向CPU输出工作电压。

CPU供电的基本原理，当电脑开机后，电源管理芯片在获得ATX的电源输出的+5V或+12V供电后，为CPU提供电压，接着CPU电压自动识别引脚发出电压识别信号VID给电源管理芯片。电源管理芯片再根据CPU的VID电压，发出驱动控制信号，控制两个场效应管导通的顺序和频率，使其输出的电压与电源达到CPU核心供电需求，为CPU提供工作需要的供电。