大家都知道，cpu也就是中央处理器，是电脑系统的核心部件，但是很多对cpu工作原理不是很清楚，今天就给大家具体介绍下cpu工作原理是怎样的以及cpu的基本结构有哪些等的问题。

　　cpu的工作原理

　　cpu工作原理就像一个工厂对产品的加工过程：进人工厂的原料(程序指令)，经过物资部门(控制器)的调度分配，被送往生产线(运算器)，生产出成品(寄存器组)后，再存储在仓库(内存)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。这个过程看起来相当长，实际上只是一瞬间发生的事情。也可以这样理解CPU只执行三种基本的操作，分别是读出数据、处理数据和往内存写数据。

　　cpu的工作过程

　　1、取指令：CPU的控制器从内存读取一条指令并放入指令寄存器。指令的格式一般是这个样子滴：操作码就是汇编语言里的mov，add，jmp等符号码;操作数地址说明该指令需要的操作数所在的地方，是在内存里还是在CPU的内部寄存器里。

　　2、指令译码(解码)：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作(就是指令里的操作码)、操作数在哪里(操作数的地址)。

　　3、执行指令(写回)，以一定格式将执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速存取。

　　4、 修改指令计数器，决定下一条指令的地址。

　　cpu的基本结构

　　从功能上看，一般CPU的内部结构可分为：控制单元、逻辑运算单元、存储单元(包括内部总线和缓冲器)三大部分。其中控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作，逻辑单元则完成各个指令以便得到程序最终想要的结果，存储单元就负责存储原始数据以及运算结果。浑然一体的配合使得CPU拥有了强大的功能，可以完成包括浮点、多媒体等指令在内的众多复杂运算，也为数字时代加入了更多的活力。

　　逻辑部件

　　英文Logic components;运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。

　　寄存器

　　寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间(或最终)的操作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

　　控制部件

　　英文Control unit;控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

　　其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

　　微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。

　　简单指令是由(3～5)个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。

　　CPU的逻辑单元

　　更细一点，从实现的功能方面看，CPU大致可分为如下八个逻辑单元：

　　指令高速缓存，俗称指令寄存器 ：它是芯片上的指令仓库，有了它CPU就不必停下来查找计算机内存中的指令，从而大幅提高了CPU的运算速度。

　　译码单元，俗称指令译码器 ：它负责将复杂的机器语言指令解译成运算逻辑单元(ALU)和寄存器能够理解的简单格式，就像一位外交官。

　　控制单元 ：既然指令可以存入CPU，而且有相应指令来完成运算前的准备工作，背后自然有一个扮演推动作用的角色——它便是负责整个处理过程的操作控制器。根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元(ALU)和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。

　　寄存器 ：它对于CPU来说非常的重要，除了存放程序的部分指令，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元(ALU)为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域，其数据来源可以是高速缓存、内存、控制单元中的任何一个。

　　逻辑运算单元(ALU) ：它是CPU芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元会从寄存器中间断或连续提取数据，完成最终的任务。

　　预取单元 ：CPU效能发挥对其依赖非常明显，预取命中率的高低直接关系到CPU核心利用率的高低，进而带来指令执行速度上的不同。根据命令或要执行任务所提出的要求，何时时候，预取单元都有可能从指令高速缓存或计算机内存中获取数据和指令。当指令到达时，预取单元最重要的任务就是确保所有指令均排列正确，然后发送给译码单元。

　　总线单元 ：它就像一条高速公路，快速完成各个单元间的数据交换，也是数据从内存流进和流出CPU的地方。

　　数据高速缓存 ：存储来自译码单元专门标记的数据，以备逻辑运算单元使用，同时还准备了分配到计算机不同部分的最终结果。

　　通过以上介绍可以看出CPU虽小，方寸之地却能容纳大世界，内部更像一个发达的装配工厂，环环相扣，层层相套。正因为有了相互间的协作配合，才使得指令最终得以执行，才构成了图文并茂、影像结合的神奇数字世界。

　　附：CPU常用术语

　　1.主频

　　衡量CPU速度快慢的一个重要指标就是CPU的工作频率，也叫做CPU的主频，主频亦称为内频。主频就是CPU的时钟频率，它控制着CPU工作节拍，主频越高，CPU工作节拍就越快，运算速度也就越高。主频通常用一秒钟内处理器所能发出电子脉冲数来测定，计量单位一般为MHz或GHz。目前P4的主频达3GHz以上，IBM公司已研制出速度高达110GHz。

　　2.外频

　　CPU跟外部(即系统总线)接触沟通的频率称为外频。外频是由主板提供，CPU以这个频率跟系统其他的配件进行沟通，因此，外频亦称为系统总线频率或前端总线速度(FSB)。早期CPU内部与外部的工作频率都相同，后来主频要比外频快。现在PⅢ的外频为133 MHz，P4的外频可采用高达800MHz的外频。

　　3.倍频

　　CPU的倍频，即倍频系数。它足指CPU主频和外频之间存在着一个比值关系，这个比值就是倍频系数。所以，主频和外频、倍频三者的关系是：主频=外频×倍频

　　4.超频

　　外频和倍频都可以根据CPU参数通过主板跳线或程序来设置，从而设定CPU主频。通过适当提高外频或倍频，有些CPU的主频可以超过它的标称工作频率，这就是习惯上称的“超频”。超频可以在一定程度上提高系统的性能，但是超频会导致CPU的功耗增加，使CPU工作温度升高，甚至损坏CPU。

　　5.一级缓存(L1 Cache)

　　一级缓存也称L1高速缓存，它封装在CPU芯片内部的高速缓存，用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，存取速度与CPU主频相近。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，一级缓存容量越大，则CPU处理速度就会越快，对应的CPU价格也就越高。

　　6.二级缓存(L2 Cache)

　　二级缓存亦称L2高速缓存，指CPU外部的高速缓存。像一级缓存一样，二级缓存越大，则CPU处理速度就越快，整台计算机性能也就越好。一级缓存和二级缓存都位于CPU和内存之间，用于缓解高速CPU与慢速内存速度匹配问题。

　　7、超线程技术

　　超线程技术是Intel的创新设计，就是在一个处理器中放人两个逻辑处理单元，让多线程的应用程序能够并行处理多项任务，提高CPU的运行效率。

　　通过以上的内容，我们已经了解了cpu工作原理是怎样的了，可见，cpu工作原理还是比较复杂的，对于cpu的专业术语和结构，也需要认识一下。