程序员需要了解的硬核知识之CPU 大家都是程序员

大家都是程序员，大家都是和计算机打交道的程序员，大家都是和计算机中软件硬件打交道的程序员，大家都是和CPU打交道的程序员，所以，不管你是玩儿硬件的还是做软件的，你的世界都少不了计算机最核心的 - CPU
CPU是什么CPU 的全称是 Central Processing Unit ，它是你的电脑中最硬核的组件，这种说法一点不为过。 CPU 是能够让你的计算机叫计算机的核心组件，但是它却不能代表你的电脑， CPU 与计算机的关系就相当于大脑和人的关系。它是一种小型的计算机芯片，它嵌入在台式机、笔记本电脑或者平板电脑的主板上。通过在单个计算机芯片上放置数十亿个微型晶体管来构建 CPU 。这些晶体管使它能够执行运行存储在系统内存中的程序所需的计算，也就是说 CPU 决定了你电脑的计算能力。
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CPU 实际做什么CPU 的核心是从程序或应用程序获取指令并执行计算。此过程可以分为三个关键阶段：提取，解码和执行。 CPU从系统的 RAM 中提取指令，然后解码该指令的实际内容，然后再由 CPU 的相关部分执行该指令。
【程序员需要了解的硬核知识之CPU】RAM : 随机存取存储器（英语：Random Access Memory ，缩写：RAM），也叫主存，是与 CPU 直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质
CPU 的内部结构说了这么多 CPU 的重要性，那么 CPU 的内部结构是什么呢？又是由什么组成的呢？下图展示了一般程序的运行流程（以 C 语言为例），可以说了解程序的运行流程是掌握程序运行机制的基础和前提。
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在这个流程中， CPU 负责的就是解释和运行最终转换成机器语言的内容。
CPU 主要由两部分构成：控制单元和算术逻辑单元（ALU）

控制单元：从内存中提取指令并解码执行
算数逻辑单元（ALU）：处理算数和逻辑运算

CPU 是计算机的心脏和大脑，它和内存都是由许多晶体管组成的电子部件。它接收数据输入，执行指令并处理信息。它与输入/输出（I / O）设备进行通信，这些设备向 CPU 发送数据和从 CPU 接收数据。
从功能来看， CPU 的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四部分组成，各部分之间通过电信号连通。

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寄存器是中央处理器内的组成部分。它们可以用来暂存指令、数据和地址。可以将其看作是内存的一种。根据种类的不同，一个 CPU 内部会有 20 - 100个寄存器。
控制器负责把内存上的指令、数据读入寄存器，并根据指令的结果控制计算机
运算器负责运算从内存中读入寄存器的数据
时钟负责发出 CPU 开始计时的时钟信号

接下来简单解释一下内存，为什么说 CPU 需要讲一下内存呢，因为内存是与 CPU 进行沟通的桥梁。计算机所有程序的运行都是在内存中运行的，内存又被称为主存，其作用是存放 CPU 中的运算数据，以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。只要计算机在运行中， CPU 就会把需要运算的数据调到主存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，主存的运行也决定了计算机的稳定运行。
主存通过控制芯片与 CPU 进行相连，由可读写的元素构成，每个字节（1 byte = 8 bits）都带有一个地址编号，注意是一个字节，而不是一个位。 CPU 通过地址从主存中读取数据和指令，也可以根据地址写入数据。注意一点：当计算机关机时，内存中的指令和数据也会被清除。