本文侧重介绍cpu的工作任务，与cpu执行指令的过程是怎么样的？

目录

1.理解CPU

1.1.CPU的功能

1.2.CPU的逻辑构成

2.认识指令

2.1.什么是指令

2.2.CPU执行指令的准备工作(重点)

3.指令的执行过程

前景知识：

 什么是计算机

就是遵循冯诺依曼体系结构。也就是由CPU、存储器、输入设备、输出设备组成的。基本基调：计算机使用二进制表示存储数据

（1）CPU(中央处理器)：进行算术运算和逻辑判断

（2）存储器：用于存储数据（使用二进制方式存储）

1）存储器分成内存和外存

2）外存类型很大，其中，硬盘是典型的代表

（3）输入设备：用户给计算机发号施令的设备

网卡、蓝牙、触摸屏、键盘、鼠标、摄像头

（4）输出设备：计算机各用户汇报结果的设备。

蓝牙、网卡、触摸屏、显示屏，音响

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1.理解CPU

1.1.CPU的功能

1.进行各种算术运算 2.进行各种逻辑判断

1.2.CPU的逻辑构成

1）如13%的数字：CPU的占有率。如3.36Hz：CPU的频率。如内核：核心

2）占有率：干活时间/总时间

例子：CPU像一个打工人，如果一天工作时间为8小时，但是花4小时把活做完了，剩下时间摸鱼，此时CPU的占有率为：50%

一般都不是为100%，因为在一个程序中，会同时运行着很多的程序，这些程序并不都是全力在干活

3）频率：表示工作的快慢

CPU的频率分为基础频率(最低的时候)和最大频率，一般的频率都是在不断的跳动

4）核心  

一般都是多核心，核心越多，工作效率也越快，计算机的性能也就更高。所以写在引入更多的核心，就需要各个核心相互配合工作，因此，多线程就是这么来的

2.认识指令

指令就是CPU中的一部分，下面了解CPU是怎么工作的。

2.1.什么是指令

（1）指令，可以粗略的认为是CPU在被设计的时候，给程序员提供的一些“编程接口”。所以指令≈API

（2）不同的CPU，所提供的指令不一样，但大体相同。

（3）CPU有多种架构，不同架构的CPU，支持的指令也就不一样

（4）指令=操作码+操作数(内存地址或者寄存器编号)

2.2.CPU执行指令的准备工作(重点)

指令，需要先加载到内存中，然后才能被cpu读取 

（1）执行指令的大致三步

1.读取指令(将内存中的指令数据，读取到CPU的寄存器中)

2.解析指令(分析当前的指令是做什么)

3.执行指令

寄存器是cpu中一块很小的内存空间 

（2）指令表

指令	功能说明	4位opcode	操作的地址或寄存器
LOAD_A	从RAM的指定地址，将数据加载到A寄存器	0010	4位RAM地址
LOAD_B	从RAM的指定地址，将数据加载到B寄存器	0001	4位RAM地址
STOP_A	将数据从A寄存器写入RAM的指定地址	0100	4位RAM地址
ADD	计算两个指定寄存器的数据之和，并将结果放入第二个寄存器	1000	2位的寄存器ID 2位的寄存器ID

上面的0010之类的是为了区分这是一个什么操作，后面操作的地址啥的类似函数的参数

上述的指令是8位二进制数字(一个字节):前面四位用来区分是什么操作，后面四位是操作数

操作数：如果是前面三个地址，就是通过这个四位数的地址找到地址中存放的数据，这个数据才是真正的操作数。

（3）程序表

例如下面这种，需要根据下面的表执行指令操作

第二列的数据，不一定是数据，也有可能是地址。只有当程序跑起来才能知道

1）介绍PC

在cpu中有一个特殊的寄存器，用来保存接下来要从哪个内存地址(如上面的地址0-15)取指令(如地址右边的就是指令，也有可能是数据),一般称为程序计数器，简称PC

举例

 假设此时从0号开始执行，CPU每次读取执行完一个指令之和，就会自动把PC中的值进行+1，顺序的读取下一条。但是如果遇到一些跳转指令，就不是+1，就会跳转到指定的位置。

3.指令的执行过程

 第一轮操作：

默认从0号地址开始 

（1）取指令

（2）解析指令

1）先拆分

2）将操作码和指令表对照

发现0010的操作是LOAD_A，说明后面的四位数据就是地址，需要去该地址上面取出数据作为真正的操作数。

取出真正的操作数：1110为14，就需要去14号地址

 

（3）执行指令

第二轮操作：

（1）取指令

（2）解析指令

1）拆分指令

2）查询指令表

发现0001是LOAD_B的操作，后面跟着的数据就是四位数地址，需要去程序表中取出该地址上面的数据作为真正的操作数

 1111十进制为15，也就是取出15号地址的数据

（3）执行指令

第三轮操作：

（1）取指令

（2）解析指令

1）拆分指令

2）查找指令表

操作码：1000就是ADD操作，也就是把两个寄存器上面的数据进行相加，并且把结果放入第二个寄存器中。操作数：0100就是两个寄存器的编号，0100就需要拆分成01和00；按照之前约定：00就是寄存器A，01就是寄存器B

（3）执行指令

第四轮操作：

（1）读指令

指令为：0100 1101

（2）解析指令

1）拆分指令

2）查找指令表

操作码：0100就是STOP_A操作，说明后面跟着的四位数是地址；1101十进制就是13

（3）执行指令

第五轮操作：

（1）取指令

（2）解析指令

0000 0000的指令在指令表中没有，但是默认为结束程序的意思

（3）执行指令

退出程序

上述指令的操作，都是在cpu中执行的

实际应用场景：

当一个不能挂的服务器发生bug时，可以写入特定的程序，是可以修改服务器的内存数据的。直接写到指定的内存中，并且修改原有的服务器指令中的逻辑，插入跳转指令，跳过bug。

也就是写入跳转指令，当执行到bug指令前，让程序跳转过去，进而避免发生bug，这种操作称为热补丁