CPU計(jì)算原理是什么

　　CPU計(jì)算原理是什么?就好像計(jì)算 加減乘除，開方等等，為何CPU能以非�？斓乃俣人愠龃鸢�? 而CPU的速度有極限嗎?限制是甚麼?帶著這些問題一起看下文吧!

　　哪里有那么多要知道的，其實(shí)計(jì)算機(jī)的CPU只會(huì)做加法，它只知道1+1=10(二進(jìn)制)其他的工作是由CPU的指令系統(tǒng)(控制單元)來完成的，比如乘法——把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)乘以二，就是把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)左邊移一位，除法剛好相反，右移一位。

　　比如求一個(gè)數(shù)的10倍：

　　先給這個(gè)數(shù)字左移2次=原來數(shù)字乘以2，

　　然后把乘以2的結(jié)果放在寄存器里(存儲(chǔ)單元)，

　　再給這個(gè)數(shù)先左移2次=原來數(shù)的4倍，

　　然后，在給這個(gè)數(shù)字乘以2=原來數(shù)的8倍，

　　最后加上存放在寄存器里面的兩倍就=原來數(shù)字的10倍了。

　　這些都是由CPU的指令系統(tǒng)控制的，在做邏輯運(yùn)算的時(shí)候(就是邏輯控制單元)在起作用了，其實(shí)就是一些奇怪的加法比如：

　　與運(yùn)算就會(huì)被規(guī)定兩個(gè)不一樣的數(shù)字進(jìn)行比較結(jié)果為0

　　或運(yùn)算：

　　兩個(gè)不一樣的數(shù)字比較，只要有一個(gè)不為“0”那么，結(jié)果就不為“0”

　　CPU的速度取決于兩個(gè)方面的因素：

　　1、內(nèi)部因素：

　　比如CPU的制作工藝：二級(jí)緩存的大小，運(yùn)算頻率的高低等等

　　指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：有沒有多媒體指令系統(tǒng)，指令的長度，是32位的指令系統(tǒng)，還是64位指令系統(tǒng)，每次處理的二進(jìn)制位數(shù)是8位，6位、32位、64位、還是128位等等。

　　2、外部因素：

　　說是外部因素也不完全準(zhǔn)確，最明顯的——前端總線的限制，分兩種：

　　(1)CPU的前端總線高，主板支持的前端總線低，就好像往一個(gè)大瓶子里便灌水的過程CPU的前端總線是瓶子主板的總線頻率就是水流，水流越小灌得就慢，就是說運(yùn)行的速度就慢。

　　(2)CPU的前端總線低，主板支持的高，就好像用一個(gè)消防栓給一個(gè)毛細(xì)吸管里邊灌水一樣，水再大也沒有地方裝所以慢。

　　樓上的提到了超頻，可能一般人不太明白

　　簡單解釋一下：就好像你有一頭小毛驢，突然有一天你它跑得慢了，于是找了一根鞭子，打他一下，驢子就跑得飛快了，CPU好比驢子鞭子好比跳線(用來改變CPU的工作模式)，實(shí)際上是改變了加在CPU針腳上的電壓，所以超頻后會(huì)發(fā)熱，時(shí)間長了就會(huì)像驢子一樣被“打得遍體鱗傷”

　　所以在超頻的時(shí)候一定要把散熱工作做足，不然驢子就罷工了。

　　拓展：CPU的工作原理

　　CPU從存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器，并對(duì)指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。指令是計(jì)算機(jī)規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個(gè)字節(jié)或者多個(gè)字節(jié)組成，其中包括操作碼字段、一個(gè)或多個(gè)有關(guān)操作數(shù)地址的字段以及一些表征機(jī)器狀態(tài)的狀態(tài)字以及特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。

　　提取

　　第一階段，提取，從存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中檢索指令(為數(shù)值或一系列數(shù)值)。由程序計(jì)數(shù)器(Program Counter)指定存儲(chǔ)器的位置，程序計(jì)數(shù)器保存供識(shí)別目前程序位置的數(shù)值。換言之，程序計(jì)數(shù)器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。提取指令之后，程序計(jì)數(shù)器根據(jù)指令長度增加存儲(chǔ)器單元。指令的提取必須常常從相對(duì)較慢的存儲(chǔ)器尋找，因此導(dǎo)致CPU等候指令的送入。這個(gè)問題主要被論及在現(xiàn)代處理器的快取和管線化架構(gòu)。

　　解碼

　　CPU根據(jù)存儲(chǔ)器提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片斷。根據(jù)CPU的指令集架構(gòu)(ISA)定義將數(shù)值解譯為指令。一部分的指令數(shù)值為運(yùn)算碼(Opcode)，其指示要進(jìn)行哪些運(yùn)算。其它的數(shù)值通常供給指令必要的信息，諸如一個(gè)加法(Addition)運(yùn)算的運(yùn)算目標(biāo)。這樣的運(yùn)算目標(biāo)也許提供一個(gè)常數(shù)值(即立即值)，或是一個(gè)空間的定址值：暫存器或存儲(chǔ)器位址，以定址模式?jīng)Q定。在舊的設(shè)計(jì)中，CPU里的指令解碼部分是無法改變的硬件設(shè)備。不過在眾多抽象且復(fù)雜的CPU和指令集架構(gòu)中，一個(gè)微程序時(shí)常用來幫助轉(zhuǎn)換指令為各種形態(tài)的訊號(hào)。這些微程序在已成品的CPU中往往可以重寫，方便變更解碼指令。

　　執(zhí)行

　　在提取和解碼階段之后，接著進(jìn)入執(zhí)行階段。該階段中，連接到各種能夠進(jìn)行所需運(yùn)算的CPU部件。例如，要求一個(gè)加法運(yùn)算，算數(shù)邏輯單元(ALU，Arithmetic Logic Unit)將會(huì)連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值，而輸出將含有總和的結(jié)果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng)，易于輸出端完成簡單的普通運(yùn)算和邏輯運(yùn)算(比如加法和位元運(yùn)算)。如果加法運(yùn)算產(chǎn)生一個(gè)對(duì)該CPU處理而言過大的結(jié)果，在標(biāo)志暫存器里，運(yùn)算溢出(Arithmetic Overflow)標(biāo)志可能會(huì)被設(shè)置。

　　寫回

　　最終階段，寫回，以一定格式將執(zhí)行階段的結(jié)果簡單的寫回。運(yùn)算結(jié)果經(jīng)常被寫進(jìn)CPU內(nèi)部的暫存器，以供隨后指令快速存取。在其它案例中，運(yùn)算結(jié)果可能寫進(jìn)速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會(huì)操作程序計(jì)數(shù)器，而不直接產(chǎn)生結(jié)果。這些一般稱作ldquo;跳轉(zhuǎn)(Jumps)，并在程式中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行(透過條件跳轉(zhuǎn))和函式。許多指令也會(huì)改變標(biāo)志暫存器的狀態(tài)位元。

　　這些標(biāo)志可用來影響程式行為，緣由于它們時(shí)常顯出各種運(yùn)算結(jié)果。例如，以一個(gè)比較指令判斷兩個(gè)值的大小，根據(jù)比較結(jié)果在標(biāo)志暫存器上設(shè)置一個(gè)數(shù)值。這個(gè)標(biāo)志可藉由隨后的跳轉(zhuǎn)指令來決定程式動(dòng)向。在執(zhí)行指令并寫回結(jié)果之后，程序計(jì)數(shù)器的值會(huì)遞增，反覆整個(gè)過程，下一個(gè)指令周期正常的提取下一個(gè)順序指令。如果完成的是跳轉(zhuǎn)指令，程序計(jì)數(shù)器將會(huì)修改成跳轉(zhuǎn)到的指令位址，且程序繼續(xù)正常執(zhí)行。許多復(fù)雜的CPU可以一次提取多個(gè)指令、解碼，并且同時(shí)執(zhí)行。這個(gè)部分一般涉及經(jīng)典RISC管線，那些實(shí)際上是在眾多使用簡單CPU的電子裝置中快速普及(常稱為微控制(Microcontrollers))。

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