CPU到底是什么？

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Coding这么久，还记得第一次在敲下“hello word”的情景吗？你会惊叹于计算机的神奇，也会因为它的神奇而产生巨大的好奇心，从而走上这条“不归路”。或许你知道用代码来表达你的思想，但可能并不清楚你写下的每一行代码是怎样被电脑编译的。

你可能会说不就是像下面这样吗？

1. 准备编译的代码
2. 编译后转换成机器语言的EXE文件
3. 程序运行时，在内存中生成EXE文件副本
4. CPU解释并处理程序内容

我们再看看CPU的组成

1. CPU的内部由寄存器、控制器、运算器和时钟四个部分构成，各部分之间由电流信号相互连通。寄存器可用来暂存指令、数据等处理对象，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、数据等读入寄存器，并根据指令的执行结果来控制整个计算机。运算器负责运算从内存读入寄存器的数据。时钟负责发出CPU开始计时的时钟信号。不过，也有些计算机的时钟位于CPU的外部。
2. 通常所说的内存指的是计算机的主存储器（main memory），简称主存。主存通过控制芯片等与CPU相连，主要负责存储指令和数据。主存由可读写的元素构成，每个字节（1字节 = 8位 ）都带有一个地址编号。CPU可以通过该地址读取主存中的指令和数据，当然也可以写入数据。但有一点需要注意，主存中存储的指令和数据会随着计算机的关机而自动清除。
3. 程序启动后，根据时钟信号，控制器会从内存中读取指令和数据。通过对这些指令加以解释和运行，运算器就会对数据进行运算，控制器根据该运算结果来控制计算机。看到“控制”一词时，大家可能会将事情想象得过于复杂，其实所谓的控制就是指数据运算以外的处理（主要是数据输入输出的时机控制）。比如内存和磁盘等媒介的输入输出、键盘和鼠标的输入、显示器和打印机的输出等，这些都是控制的内容。

也可以这样说，CPU是寄存器的集合体。

CPU的四个构成部分中，程序员只需要了解寄存器即可，其余三个都不用太过关注。那么，为什么必须要了解寄存器呢？因为程序是把寄存器作为对象来描述的。

不同类型的CPU，其内部寄存器的数量、种类以及寄存器存储的数值范围都是不同的。不过，根据功能的不同，可以将寄存器大致划分为八类。

种类	功能
累加寄存器（accumulator register）	存储执行运算的数据和运算后的数据
标志寄存器（flag register）	存储运算处理后的CPU的状态
程序计数器（program counter）	存储下一条指令所在内存的地址
基址寄存器（base register）	存储数据内存的起始地址
变址寄存器（index register）	存储基址寄存器的相对地址
通用寄存器（general purpose register）	存储任意数据
指令寄存器（instruction register）	存储指令。CPU内部使用，程序员无法通过程序对该寄存器进行读写操作
栈寄存器（stack register）	存储栈区域的起始地址

从表中可以看出，寄存器中存储的内容既可以是指令也可以是数据。其中，数据分为“用于运算的数值”和“表示内存地址的数值”两种。数据种类不同，存储该数值的寄存器也不同。CPU中每个寄存器的功能都是不同的。用于运算的数值放在累加寄存器中存储，表示内存地址的数值则放在基址寄存器和变址寄存器中存储。

对程序员来说，CPU就是具有各种功能的寄存器的集合体。其中，程序计数器、累加寄存器、标志寄存器、指令寄存器和栈寄存器都只有一个，其他的寄存器一般有多个。

程序计数器、标志寄存器、累加寄存器、基址寄存器、变址寄存器、通用寄存器
基址寄存器、变址寄存器、通用寄存器都不止一个
程序员眼中的CPU（CPU是寄存器的集合体）

PS：无论做什么，要知其然，也要知其所以然