CPU：全称是 Central Processing Unit，中文名为中央处理器它与计算机的关系就像大脑和人的关系。CPU决定了电脑的计算能力。

CPU的核心是从程序或应用程序获取指令并执行计算，这个过程可以分为三个关键阶段：提取、解码、执行。CPU从系统的RAM中提取指令，然后解码该指令的实际内容，之后再有CPU的相关部分执行该指令。

RAM：全称 Random Access Memory，缩写为RAM。中文名：随机存取存储器，简称主存，也叫内存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。

CPU主要有两部分组成：控制单元和算数逻辑单元（ALU）

  • 控制单元：从内存中提取指令并解码执行
  • 算数逻辑单元（ALU）：处理算数和逻辑运算

CPU和内存都是由许多晶体管组成的电子部件。它接受数据输入，执行指令并处理信息。它与输入/输出（I/O）设备进行通信，这些设别向CPU发送数据和从CPU接受数据。

从功能来看，CPU的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四部分组成，各部分直接通过电信号连通。

  • 寄存器是中央处理器内的组成部分。它们可以用来暂存指令、数据和地址。可以将其看作是内存的一种。根据种类的不同，一个CPU内部会由20-100个寄存器。
  • 控制器负责把内存上的指令】数据读入寄存器，并根据指令的结果控制计算机
  • 运算器负责运算从内存中读入寄存器的数据
  • 时钟负责发出CPU开始计时的时钟信号

内存是与CPU进行沟通的桥梁。计算机所有程序的运行都是再内存中运行的，内存又被称为主存，其作用是存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到主存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，主存的运行也决定了计算机的稳定运行。

主存通过控制芯片与CPU进行相连，又可读写的元素构成，每个字节（1 byte = 8 bit）都带有一个地址编号，注意是一个字节，而不是一位。CPU通过地址从主存中读取数据和指令，也可以根据地址写入数据。注意一点：当计算机关机时，内存中的指令和数据也会被清楚。

CPU是寄存器的集合体

在CPU的四个结构中，程序员只需要了解寄存器就可以了，因为程序是把寄存器作为对象来描述的。

CPU指令执行过程

CPU到底是如何执行一条条指令的呢？

几乎所有的冯·诺依曼型计算机的CPU的工作都可以分为5个阶段：取指令、指令编译、执行指令、访存取数、结果写回。

  • 取指令阶段是将内存中的指令读取到CPU中寄存器的过程，程序寄存器用于存储下一条指令所在的地址
  • 指令编译阶段，在取指令完成后，立马进入指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法
  • 指令执行阶段，译码完成后，就需要执行这一条指令了，此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能
  • 访问取数阶段，根据指令的需要，有可能需要从内存中提取数据，此阶段的任务是：根据指令地址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算
  • 结果写回阶段，作为最后一个阶段，结果写会（Write Back，WB）阶段把执行指令阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写会”到某种存储形式：结果数据经常被写到CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取