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CPU

CPU，或者微處理器，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。微處理器進(jìn)行計(jì)算或者邏輯操作并且管理來自主存的指令并執(zhí)行它。在計(jì)算機(jī)的早期時代，微處理器的功能部件使用的是分立元件（外型很大）。 這就是中央處理單元這一名詞的由來。現(xiàn)代微處理器將部件結(jié)合到小型硅片上的集成電路中。在本書中 CPU 和微處理器及處理器有相同的意義。 微處理器的操作對象是二進(jìn)制數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)由 0 和 1 組成。 1 和 0 對應(yīng)著電子開關(guān)的開路與斷路狀態(tài)。正如十進(jìn)制的 42 表示有 4 個 10 和一個 2 一樣，一個二進(jìn)制數(shù)是一系列表示 2 的次冪的二進(jìn)制數(shù)字組成。二進(jìn)制 0001 對應(yīng)十進(jìn)制的 1，二進(jìn)制的 0010 對應(yīng)十進(jìn)制的 2，二進(jìn)制的 0011 表示 3，而 0100 對應(yīng) 4。十進(jìn)制 42 的二進(jìn)制表示為 101010。但是在計(jì)算機(jī)程序中， 人們常用十進(jìn)制來表示數(shù)而不是直接使用二進(jìn)制。

在需要使用二進(jìn)制數(shù)時，人們往往使用 16 進(jìn)制數(shù)。如十進(jìn)制數(shù)只能從 0 到 9 一樣，16 進(jìn)制數(shù)可以從 0 疏導(dǎo) 15，其中 10 到 15 分別用字母 A、B、C、D、E 及 F 來表示。這樣 16 進(jìn)制的 2A 的十進(jìn)制表示為 42-2*16+10=42。在 C 程序語言中，16 進(jìn)制數(shù)的前綴為“0x”；16 進(jìn)制的 2A 寫成 0x2A。 微處理器可以執(zhí)行如加、乘和除以及象“X 是否比 Y 大”這種邏輯運(yùn)算。處理器的執(zhí)行由外部時鐘來監(jiān)控。這個時鐘稱為系統(tǒng)時鐘，它每隔相同的時間間隔就向 CPU 發(fā)送一個脈沖。在每個時鐘脈沖上，處理器都會做一些工作。比如，處理器每個時鐘脈沖上執(zhí)行一條指令。

處理器的速度一般以系統(tǒng)時鐘的速率來描敘。一個 100MHz 的處理器每秒將接收 100，000，000 個時鐘滴答。但是用 CPU 的時鐘頻率來描敘 CPU 的工作能力是不正確的，因?yàn)樗鼈儓?zhí)行的指令不相同。然而，快速的時鐘可以在某種程度上代表高性能的 CPU。處理器執(zhí)行的指令是非常簡單的；例如“將內(nèi)存 X 處的內(nèi)容讀入寄存器 Y”。寄存器是微處理器的內(nèi)部存儲部件，用來存儲數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)執(zhí)行某些指令。有些指令有可能使處理器停止當(dāng)前的工作而跳轉(zhuǎn)到內(nèi)存中另外一條指令執(zhí)行。現(xiàn)代微處理器的緊湊設(shè)計(jì)使得它有可能每秒執(zhí)行上百萬甚至億條指令。指令執(zhí)行前必須從內(nèi)存中取出來。指令自身要使用的數(shù)據(jù)也必須從內(nèi)存中取出來并放置在適當(dāng)?shù)牡胤?。微處理器中寄存器的大小、?shù)量以及類型都取決于微處理器的類型。Intel 80486 處理器和 Alpha AXP 有迥然不同的寄存器，最明顯的區(qū)別在于 Intel 寄存器為 32 位而 Alpha AXP 為 64 位。一般來說，任何處理器都有許多通用寄存器和少量專用寄存器。許多微處理器有以下幾種特定的寄存器。

程序計(jì)數(shù)器（PC） 此寄存器包含下條指令執(zhí)行的地址。每當(dāng)取回一條指令時，PC 的內(nèi)容將自動增加。

堆棧指針（SP） 微處理器經(jīng)常需要訪問存儲臨時數(shù)據(jù)的外部 RAM。堆棧是一種便捷的存放臨時數(shù)據(jù)的方法，處理器提供了特殊指令來將數(shù)值壓入堆棧然后將其從堆棧中彈出。堆棧以后進(jìn)先出（LIFO）的方式工作。換句話說，如果你壓入兩個值 X 和 Y，然后執(zhí)行彈棧操作，你將取到 Y 的值。

有些處理器的堆棧從內(nèi)存頂部向下增長而有些相反。但有的處理器同時支持這兩種方式，如 ARM。處理機(jī)狀態(tài)字（PS） 指令的執(zhí)行將得到執(zhí)行結(jié)果；比如“寄存器 X 中的內(nèi)容要大于寄存器 Y 中的內(nèi)容？”將得到正確或錯誤作為結(jié)果。PS 寄存器包含著這些信息及有關(guān)處理器當(dāng)前狀態(tài)的其他信息。例如大多數(shù)處理器至少有兩種執(zhí)行方式，核心（或管態(tài)）與用戶方式。PS 寄存器包含表示當(dāng)前執(zhí)行方式的信息。