文章目录

一：CPU的内部结构解析
- （1）CPU的作用
- （2）CPU的构成
- （3）简单了解内存
- （4）程序运行的简单描述
二：CPU是寄存器的集合体
- （1）CPU是寄存器的集合体
- （2）寄存器的分类
- （3）程序员眼中的CPU

CPU是英文Central Processing Unit（中央处理器）的缩写，也就是计算机的大脑，其内部由数以万计的晶体管构成。这些都是大家耳熟能详的，除此之外，程序员还需要理解CPU如何运行，特别是要弄清楚负责保存指令和数据的寄存器的机制。了解了寄存器，也就自然而然理解了程序运行机制。

一：CPU的内部结构解析

（1）CPU的作用

下面这一张图是程序运行的流程，假设你用C语言编写了一段程序

其中CPU所负责的就是解释和运行最终转换为机器语言的程序内容
CPU和内存是由许多晶体管组成的电子部件，通常称为IC（Integrated Circuit集成电路）

（2）CPU的构成

CPU的四个构成部分如下

他们各自功能如下

（3）简单了解内存

我们说的内存通常指的是计算机的主存储器，也称为主存。它通过控制芯片等与CPU相连，主要负责存储指令和数据，主存由可读写的元素构成，每个字节（1个字节等于8个二进制位）都带有一个地址编号，CPU可以通过改地址读取内存中的指令和数据，当然也可以写入数据。内存具有断电易失性

（4）程序运行的简单描述

启动程序后，根据时钟信号，控制器从内存中读取指令和数据，通过对这些指令加以解释和运行，运算器对数据进行运算，控制器根据运算结果控制计算机

二：CPU是寄存器的集合体

首先明确一点，CPU的四个部分中，我们只需重点关注寄存器即可
为什么寄存器这么重要呢，因为程序是把寄存器作为对象来描述的

（1）CPU是寄存器的集合体

首先请看下面用汇编语言编写的一段程序

汇编语言采用助记符来编写程序，助记符通常为一些具有某种指令功能的英语单词的缩写，比如数据的存储（move）和相加（addition）。汇编语言和机器语言基本是对应的，这也是我们用汇编来说明CPU运行的原因，通常我们将汇编语言编写的程序转化为机器语言的过程称为汇编，而相反过程则称之为反汇编

从上述代码中可以看出，机器语言级别的程序是通过寄存器处理的，也就是其直接操控寄存器，这也是为什么说“CPU是寄存器的集合体的原因”

eax和ebp都是寄存器的名称，正如内存的存储场所使用地址编号区分，寄存器的种类则是通过名字区分

上面的描述可能对于新手来说有点晦涩难懂，但不要担心，你不需要了解的很深入。只需要明白，使用高级语言编写的程序会在编译后转化为机器语言，然后再通过CPU内部的寄存器来处理

（2）寄存器的分类

不同类型的CPU，其内部寄存器的数量，种类以及寄存器的存储的数值范围都是不同的。根据功能，寄存器大致可以划分为八类

上述代码中的eax和ebp分别就是累加寄存器和基址寄存器

（3）程序员眼中的CPU

程序员眼中的CPU是寄存器的集合体
程序计数器，累加寄存器，标志寄存器，指令寄存器和栈寄存器都只有一个；基址寄存器，变址寄存器和通用寄存器都不止一个

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