CPU 怎么工作

CPU重复三个节拍

CPU做的事其实很简单。
取来一条指令，弄清它是什么指令，然后执行。
接着再取下一条指令。
这三个节拍，它不停地重复。

取指 → 译码 → 执行，然后重复。

如果把取指、译码、执行算作一圈，CPU在1秒内要转上几十亿圈。
每一步都很简单，可是速度极快，所以能完成复杂的工作。

指向下一条指令的手指

可是CPU怎么知道现在该做第几条指令呢？
内存里某处排着一串指令，其中有个装置专门指着“下一条要做的”。
它叫PC，也就是程序计数器。

PC指向下一条指令。

每取一条指令，PC就加一格。
做完0号就是1号，做完1号就是2号。
多亏这根手指，CPU才不会乱了顺序，能一条接一条地执行指令。

零件聚在一起，就成了CPU

现在零件们聚到一起了。
指向下一条指令的PC，解读指令的译码器，负责计算的ALU，还有暂时握住数值的小格子——寄存器。
单看都很小，合在一起，就成了一个能处理指令的CPU。

合为一体的CPU。

PC指向下一条，译码器解读指令，ALU负责计算，寄存器握住数值。
各自做好自己的事，又一起转动同一个节拍，这就是CPU工作的样子。

亲手执行三行指令

这里有一个小程序。
一共三行：“放入3”“加上4”“显示结果”。
每按一次“前进”，就往前走一拍，你能看到PC在移动，数值在累积。

跟着PC一行一行执行。

PC从0、1增加到2，指令一条一条被执行。
数值先变成3，再变成7，最后显示在屏幕上。
程序在运行，就是这个样子。

PC跳到别处时

PC通常一格一格往前走，但有时会跳到别处。
遇到“去5号指令”这样的指令，PC就会改成那个地址。
这种跳转和上一课比较得出的真或假结合起来，就成了叫作“如果”的岔路口。

PC从2号跳到5号。

不是一格一格往前走，而是把PC改成别的值，程序的流程就变了。
可以往前跳过，也可以往回走。
这种跳转怎样变成“如果”和“重复”，会在编程部分详细讲。