计算机 - 中央处理器 (CPU)

中央处理器

CPU 代表中央处理器；它也被称为“计算机的大脑”。CPU 是计算机的主要组件，它执行大部分处理并控制计算机内部运行的所有组件的操作。

CPU 的关键组件包括控制单元、ALU 和内存。关键组件的排列和集成包含在上图中。

CPU组件

• 控制单元 (CU)
• ALU（算术逻辑单元）
• 内存或存储单元
• 寄存器

控制单元

顾名思义，控制单元充当 CPU 的“大脑”。控制单元的主要作用是管理和执行指令以执行计算机程序指定的任务。CPU 通过从内存中提取指令、解码指令，然后执行指令来执行指令。因此，它在取指令-译码-执行指令中起着至关重要的作用。

控制单元的功能

• 指令获取- CU 从 RAM（随机存取存储器）中获取指令。
• 指令解码- 它解码获取的指令以进行操作。
• 指令执行- CU 发送控制信号以执行操作，例如 ALU 用于算术和逻辑运算。
• 控制流管理- 它通过更新程序计数器来控制流程。
• 异常处理- 控制单元有效地管理异常和中断，例如硬件故障、系统调用和外部事件，通过适当的方式将 CPU 的控制流转移到管理此类异常的计划程序。
• 同步- CU 在促进跨多个内核的指令执行协调方面发挥着至关重要的作用。

算术逻辑单元 (ALU)

算术逻辑单元 (ALU) 是一个经过广泛优化和设计的组件，可以同时执行多个任务。它通常被构建为快速执行操作。它与其他 CPU 组件（例如寄存器、内存和控制单元）一起工作以执行复杂的指令。

ALU 的功能

• 算术运算- ALU 可以执行基本的算术运算。
• 逻辑运算- ALU 还可以执行逻辑运算，例如 AND、OR、NOT、XOR 和位移运算。

内存单元

内存是一个硬件组件，用于在需要时存储和访问数据。主要地；计算机内存分为两部分：主存 (RAM) 和辅助存储器 (硬盘)。RAM 用于短期、快速的数据访问，对于活动程序执行至关重要。另一方面，存储或辅助存储器提供永久数据存储。

因此，内存和存储单元都是计算机系统的重要组成部分。

内存的功能

主存

• RAM 也称为主存或临时内存；它是一种易失性内存，用于临时存储数据。
• 当计算机电源关闭或重新启动时，RAM 内的内容将被清除。

• RAM 用于程序或指令执行。
• 启动计算机后；系统必要的文件、程序和操作系统文件将加载到 RAM 中，以确保计算机平稳运行。
• 计算机的 RAM 越多，它处理多任务的能力就越好，运行应用程序的速度就越快，因为可以更快地访问数据。

存储器（硬盘、SSD、闪存驱动器等）

• 存储设备用于永久存储数据，即使计算机已关闭电源也是如此。
• 它们是非易失性的；即使电源关闭或系统重新启动，数据仍然完好无损。

• 最流行和常用的存储设备是硬盘 (HD)、固态硬盘 (SSD)、USB 闪存驱动器和光盘 (例如 DVD)、U盘。
• 这些设备的数据存储容量从千兆字节 (GB) 到太字节 (TB) 甚至更多，具体取决于存储设备的类型和大小。

CPU 的功能

CPU 的关键功能如下：

• CPU 执行算术和逻辑运算。
• 它指导处理器的操作。
• 它指导输入和输出单元如何响应已发送到处理器的指令。
• CPU 包含寄存器，这些寄存器被认为是 CPU 内的小型存储位置，用于在程序执行期间临时保存数据。
• CPU 通过从内存中提取指令、解码指令，然后执行指令来执行指令。