CPU计算原理是什么

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CPU计算原理是什么

　　CPU计算原理是什么?就好像计算加减乘除，开方等等，为何CPU能以非常快的速度算出答案? 而CPU的速度有极限吗?限制是甚麽?带着这些问题一起看下文吧!

　　哪里有那么多要知道的，其实计算机的CPU只会做加法，它只知道1+1=10(二进制)其他的工作是由CPU的指令系统(控制单元)来完成的，比如乘法——把一个二进制数乘以二，就是把一个二进制数左边移一位，除法刚好相反，右移一位。

　　比如求一个数的10倍：

　　先给这个数字左移2次=原来数字乘以2，

　　然后把乘以2的结果放在寄存器里(存储单元)，

　　再给这个数先左移2次=原来数的4倍，

　　然后，在给这个数字乘以2=原来数的8倍，

　　最后加上存放在寄存器里面的两倍就=原来数字的10倍了。

　　这些都是由CPU的指令系统控制的，在做逻辑运算的时候(就是逻辑控制单元)在起作用了，其实就是一些奇怪的加法比如：

　　与运算就会被规定两个不一样的数字进行比较结果为0

　　或运算：

　　两个不一样的数字比较，只要有一个不为“0”那么，结果就不为“0”

　　CPU的速度取决于两个方面的因素：

　　1、内部因素：

　　比如CPU的制作工艺：二级缓存的大小，运算频率的高低等等

　　指令系统的设计：有没有多媒体指令系统，指令的长度，是32位的指令系统，还是64位指令系统，每次处理的二进制位数是8位，6位、32位、64位、还是128位等等。

　　2、外部因素：

　　说是外部因素也不完全准确，最明显的——前端总线的限制，分两种：

　　(1)CPU的前端总线高，主板支持的前端总线低，就好像往一个大瓶子里便灌水的过程CPU的前端总线是瓶子主板的总线频率就是水流，水流越小灌得就慢，就是说运行的速度就慢。

　　(2)CPU的前端总线低，主板支持的高，就好像用一个消防栓给一个毛细吸管里边灌水一样，水再大也没有地方装所以慢。

　　楼上的提到了超频，可能一般人不太明白

　　简单解释一下：就好像你有一头小毛驴，突然有一天你它跑得慢了，于是找了一根鞭子，打他一下，驴子就跑得飞快了，CPU好比驴子鞭子好比跳线(用来改变CPU的工作模式)，实际上是改变了加在CPU针脚上的电压，所以超频后会发热，时间长了就会像驴子一样被“打得遍体鳞伤”

　　所以在超频的时候一定要把散热工作做足，不然驴子就罢工了。

　　拓展：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，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))。

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