CPU和内存之间究竟是如何工作的

我们知道CPU是中央处理器，它是控制处理中心，我们的电脑、手机等电子产品都离不开CPU。那么，CPU内部到底是如何工作的呢？我们一起来看看。

当我们在电脑旁工作的时候，电脑其实也不断的在工作。

我们打开机箱，就会看见电脑的主板，也可以看到电风扇而不停地在转动，风扇下面的是CPU，它不停地在和内存进行数据的通讯，就像我们的大脑。

CPU是由很多很多晶体管构成的。它主要有控制器，运算器，寄存器几个部分，寄存器有数字寄存器，指令寄存器，指令地址寄存器。我们假设有四个数字寄存器，它们可以存放临时的数据。右边的是内存，还有16个存储位置，每个位置有8位bit。

CPU和内存之间究竟是如何工作的呢？

当我们启动电脑时，所有的寄存器都从零开始。假设内存存放了一个简单的计算机程序，CPU操作的第一阶段为“取指令”，也就是我们获得第一个指令的过程。

首先，指定地址寄存器连到内存，寄存器的值为零。内存返回地址0中的值00101110。该值复制到指定寄存器中，然后由CPU开始解析该指令，以便执行什么样的操作。这个步骤称它为“解码”。

该指定前四位为操作代码，后四位为操作代码来自哪里？由于前四位为操作代码0010，对应我们的指令集，0010是读内存放入寄存器A中，后四位是内存的地址1110。即十进制的数字14。

接着，用一些逻辑门电路来检查该操作码是否与0010匹配，输出为1，表示匹配成功。接下来执行该指令，也就是执行过程。

通过逻辑门电路检查电路输出，打开内存的读取线，找到内存1110的地址14，读取该地址的值00000011，下一步把该值存储到寄存器A中，我们通过数据线连接到4个数字寄存器，CPU通过指令开启数据寄存器A允许写入。该数据被写入到寄存器A中，我们已完成了该指令。

现在关掉所有的线，准备从内存中读取下一条指令。指令地址增加1，内存返回地址1的值00011111。复制到指令寄存器。再到解码的过程，通过指定集，指定前四位0001，它表示读内存存储到寄存器B中，这次内存地址是1111，对应十进制尾数为15，到执行的过程，开启内存读取线，找到内存15地址，读取该地址的值。并通过数据线把该值00001110存储到寄存器B中，最后将指定地址寄存器增加1，关闭所有的线。

现在内存返回地址2的值10000100放入指令寄存器CPU从指定集开始解码，操作码1000是加法指令。添加两个寄存器存储到第二个存储器中，该指定有两种，前两位01对应的寄存器B，后两位00对应寄存器A，因此10000100是指寄存器B中的值添加到寄存器A中。

将寄存器A、B连接到运算器的输入端，运算器执行加法运算，关闭运算器输出的结果保存在寄存器A中。00010001就是输入的值是3和14两个值的和等于17，接下来指定地址增加1，完成这个过程，找到内存地址3的值。

我们打开指令集开始解码，0100表示读A寄存器到内存，1101对应内存地址是13，然后将寄存器A的值，通过数据线送到内存13的地址上。

我们刚刚运行的计算机的程序，它从内存中加载两个值相加，然后把结果放入内存，也就是CPU的取指令、解码、执行过程。我们电脑的系统是要很多很多的小程序组成，CPU也就不断的在循环这个过程。每个CPU执行这个过程的速度不一样，这个速度是由CPU主频即CPU工作频率决定，它决定着CPU的快慢。
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