CPU的工作過程是怎樣的

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　　CPU的工作過程

　　CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。指令是計算機規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個字節(jié)或者多個字節(jié)組成，其中包括操作碼字段、一個或多個有關(guān)操作數(shù)地址的字段以及一些表征機器狀態(tài)的狀態(tài)字以及特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。

　　提取

　　第一階段，提取，從存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令(為數(shù)值或一系列數(shù)值)。由程序計數(shù)器(Program Counter)指定存儲器的位置。(程序計數(shù)器保存供識別程序位置的數(shù)值。換言之，程序計數(shù)器記錄了CPU在程序里的蹤跡。)

　　解碼

　　CPU根據(jù)存儲器提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片段。根據(jù)CPU的指令集架構(gòu)(ISA)定義將數(shù)值解譯為指令。一部分的指令數(shù)值為運算碼(Opcode)，其指示要進行哪些運算。其它的數(shù)值通常供給指令必要的信息，諸如一個加法(Addition)運算的運算目標。

　　執(zhí)行

　　在提取和解碼階段之后，緊接著進入執(zhí)行階段。該階段中，連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。

　　例如，要求一個加法運算，算術(shù)邏輯單元(ALU，Arithmetic Logic Unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值，而輸出將含有總和的結(jié)果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng)，易于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產(chǎn)生一個對該CPU處理而言過大的結(jié)果，在標志暫存器里可能會設(shè)置運算溢出(Arithmetic Overflow)標志。

　　寫回

　　最終階段，寫回，以一定格式將執(zhí)行階段的結(jié)果簡單的寫回。運算結(jié)果經(jīng)常被寫進CPU內(nèi)部的暫存器，以供隨后指令快速存取。在其它案例中，運算結(jié)果可能寫進速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會操作程序計數(shù)器，而不直接產(chǎn)生結(jié)果。這些一般稱作“跳轉(zhuǎn)”(Jumps)，并在程式中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行(透過條件跳轉(zhuǎn))和函式。許多指令會改變標志暫存器的狀態(tài)位元。這些標志可用來影響程式行為，緣由于它們時常顯出各種運算結(jié)果。例如，以一個“比較”指令判斷兩個值大小，根據(jù)比較結(jié)果在標志暫存器上設(shè)置一個數(shù)值。這個標志可藉由隨后跳轉(zhuǎn)指令來決定程式動向。在執(zhí)行指令并寫回結(jié)果之后，程序計數(shù)器值會遞增，反覆整個過程，下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。

　　CPU的制作工藝

　　CPU制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設(shè)計，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設(shè)計。主要的180nm、130nm、90nm、65nm、45納米、22nm，intel已經(jīng)于2010年發(fā)布32納米的制造工藝的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列并于2012年4月發(fā)布了22納米酷睿i3/i5/i7系列。并且已有14nm產(chǎn)品的計劃(據(jù)新聞報道14nm將于2013年下半年在筆記本處理器首發(fā)。)。而AMD則表示、自己的產(chǎn)品將會直接跳過32nm工藝(2010年第三季度生產(chǎn)少許32nm產(chǎn)品、如Orochi、Llano)于2011年中期初發(fā)布28nm的產(chǎn)品(APU)。TrinityAPU已在2012年10月2日正式發(fā)布，工藝仍然32nm，28nm工藝代號Kaveri反復推遲。2013年上市的28nm的Apu僅有平板與筆記本低端處理器，代號Kabini。而且鮮為人知，市場反應(yīng)平常。據(jù)可靠消息，2014年上半年可能有28nm的臺式Apu發(fā)布，其gpu將采用GCN架構(gòu)，與高端A卡同架構(gòu)。