科普文,计算机CPU是什么

科普文,如何理解CPU

跟我学编程的小徒弟问我CPU是什么,我按照自己的理解写了这篇科普小文。
把考试试卷想象成电脑内存(RAM),把你自己想象成中央处理器(CPU)。
试卷上有很多题目,对应:内存里存满了计算机指令。
你一步一步 读题, 解题,写答案
分别对应:
CPU从内存 取指令,分析指令,执行指令

CPU当然能做最简单的加减乘除算术运算,这个很容易理解。另外,我们看到显示器上的图象会不断变化,磁盘会不停读写数据,等等,就是cpu按照内存里存的如何指挥显卡和磁盘的指令在操作显示器和磁盘。这些指挥硬件的程序叫驱动程序,驱动程序是操作系统的一部分; 还有QQ,吃鸡游戏这样的叫应用程序。

这是最简化的CPU原理。实际上,现代的计算机很多硬件可以自己独立完成很多工作,减轻了很多CPU的负担。比如,现代显卡的功能越来越强,把图形相关的很多工作都分到显卡来完成了。

中学生理解到这个程度就够了。可以在网上搜一些科普视频看看,帮助理解。实际上很多计算机专业科班毕业的人也只理解到这个程度,因为他们已经早忘了大学学的课程了。

再深入的理解的话,就需要看专业的教材了。大学里讲CPU的课程,联系最紧密的是《微机原理》。《微机原理》这门课一般会用因特尔公司在80年代出的代号为 8086/8088 处理器做为例子讲解。因为8086/8088处理器比较简单,容易用来教学。现代cpu的主要概念,8086/8088处理器都有。比如: 寄存器,快速缓冲(cache),时钟,寻址,数据总线,控制总线,地址总线,中断。 理解了这些概念,就算对CPU有了专业级的,基础认识。我觉得要完会理解这门课,需要《数字电路》作为基础,理解总线的时候需要用到。

实际生活中的CPU已经非常复杂了,大概分为两个流派:
1. Intel, AMD公司为代表的复杂指令CPU。主要用在电脑和服务器上面。
2. 英国ARM公司主导的精简指令CPU。主要用在手机等移动设备上面。
只有做相关的专业工作,才需要更加深入理解现代CPU。比如要破解软件,需要用工具把软件转成汇编代码(这个过程叫反编译),这样就能看到软件是如何用机器指令指挥CPU工作的。碰到不懂的地方,还需要查找CPU的官方手册。