半导体行业观察@这篇说得最详细，关于CPU科普来源：内容由半导体行业观察（icbank）

来源：内容由半导体行业观察（icbank）编译自「techspot」，谢谢。
CPU通常被称为计算机的大脑，就像人的大脑一样，它由几个部分组成，其中包括接收信息的部分，存储信息的部分，处理信息的部分，帮助输出信息的部分等等。这些部分协同工作以处理信息。
在今天的解文章中，我们将介绍构成CPU的关键元素以及它们如何共同为计算机提供动能。

文章图片
CPU蓝图：ISA
分析任何CPU时，您首先遇到的就是指令集体系结构（ISA）。这是有关CPU如何运行以及所有内部系统如何交互的图形化蓝图。就像同一物种中有许多品种的狗一样，可以在CPU上构建许多不同类型的ISA 。两种最常见的类型是x86（在台式机和笔记本电脑中找到）和ARM（在嵌入式和移动设备中找到）。
还有其他一些像MIPS ， RISC-V和PowerPC这样的小众应用程序。 ISA将指定CPU可以处理哪些指令，如何与内存和缓存交互，如何在多个处理阶段划分工作等等。
为了覆盖CPU的主要部分，我们将遵循一条指令在执行时所采用的路径。不同类型的指令可能遵循不同的路径，并使用CPU的不同部分，但在这里我们将进行概括以涵盖最大部分。我们将从单核处理器的最基本设计开始，并随着我们朝着更现代的设计逐步增加复杂性。
控制单元和数据路径
CPU可以分为两部分：控制单元和数据路径。想象一辆火车。引擎是火车的动力来源，但指挥员却在幕后拉动操纵杆并控制引擎的各个方面。 CPU是相同的方式。
数据路径就像引擎一样，顾名思义，是数据在处理过程中流动的路径。数据路径接收输入，处理它们，并在完成后将它们发送到正确的位置。控制单元告诉数据路径如何工作。根据指令，数据路径会将信号路由到不同的组件，打开和关闭数据路径的不同部分，并监视CPU的状态。

文章图片
指令周期-获取
我们的CPU必须做的第一件事是弄清楚下一步要执行什么指令，然后将它们从内存转移到CPU中。指令由编译器产生，并且特定于CPU的ISA 。 ISA将共享最常见的指令类型，例如加载，存储，加法，减法等，但是每个特定ISA都有许多其他特殊类型的指令。对于每种类型的指令，控制单元将知道需要将哪些信号路由到何处。
例如，当您在Windows上运行.exe时，该程序的代码将移入内存，并且告诉CPU第一条指令的起始地址。 CPU始终维护一个内部寄存器，该寄存器保存要执行的下一条指令的存储器位置。这称为程序计数器（PC）。
一旦知道从哪里开始，指令周期的第一步就是获取该指令。这会将指令从存储器移到CPU的指令寄存器中，这称为提取阶段。实际上，指令可能已经在CPU的高速缓存中，这个我们在后续再介绍。
指令周期-解码
当CPU有一条指令时，它需要专门弄清楚它是什么类型的指令。这称为解码阶段。每个指令将具有一组称为操作码的特定位，该“位”告诉CPU如何解释它。这类似于如何使用不同的文件扩展名告诉计算机如何解释文件。例如， .jpg和.png都是图像文件，但是它们以不同的方式组织数据，因此计算机需要知道类型才能正确解释它们。
根据ISA的复杂程度， CPU的指令解码部分可能会变得复杂。像RISC-V这样的ISA可能只有几十条指令，而x86有数千条指令。在典型的Intelx86CPU上，解码过程是最具挑战性的过程之一，并且占用大量空间。 CPU将解码的最常见的指令类型是存储器，算术或分支指令。
3种主要指令类型
存储指令可能类似于“将值从存储地址1234读入值A”或“将值B写入存储地址5678” 。算术指令可能类似于“将值A添加到值B并将结果存储到值C” 。分支指令可能类似于“如果C值为正，则执行此代码；如果C值为负，则执行彼代码” 。一个典型的程序可能将它们链接在一起，以产生类似“将结果为肯定的内存地址1234的值添加到内存地址5678的值，并将其存储在内存地址4321的结果，如果结果为负的则存储在地址8765的东西” 。