简述CPU

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）：主要由运算器、控制器和寄存器组成。CPU是一块超大规模集成电路，是计算机运算核心和控制核心，CPU 的主要功能是解释计算机指令以及处理数据。

32位架构的CPU数据总线宽度是32位，每次可以传输32位数据，可以计算4个字节的数据。

64位架构的CPU数据总线宽度是64位，每次可以传输64位数据，可以计算8个字节的数据。

1字节(Byte)等于8位(bit)

CPU的组成

运算器

包括算术逻辑运算单元（ALU，Arithmetic Logic Unit）和寄存器，是整个CPU的指挥控制中心，其基本功能是从内存取指令、分析指令和执行指令。

控制器

控制器由程序计数器（PC，Program Counter）、指令寄存器（IR，Instruction Register）、指令译码器（ID，Instruction Decoder）、时序产生器（Timing Generator）、操作控制器（Control Unit）组成。

寄存器

寄存器（Register），是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。

在CPU中至少要有六类寄存器：指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、地址寄存器（AR）、数据寄存器（DR）、累加寄存器（AC）、程序状态字寄存器（PSW）。这些寄存器用来暂存一个计算机字，其数目可以根据需要进行扩充。

32/64位CPU的具体区别

1. 更快。因为如果一个机器指令是32位的，那么64位寄存器就可以一次取两个指令。
2. 能处理更大的数字。32位能处理的整数范围是±21亿，若需要处理超过范围的数字，则需要用两个指令存储数据，并且需要使用额外的指令处理数据。
3. 控制更多位的地址总线，寻址更大的内存空间。（32位最多只能使用4G内存，而64位理论上能使用16777216TB内存）

CPU 的指令周期

时钟周期：CPU 是用石英晶体产生的脉冲转化为时钟信号驱动的，每一次时钟信号高低电平的转换就是一个周期，我们称为时钟周期。

指令周期：从 PC 指针读取指令、到执行、再到下一条指令，构成了一个循环，这个不断循环的过程叫作 CPU 的指令周期。

时钟信号是 1GHz 的 CPU，代表每秒能够执行 10 亿个时钟周期（1G 为10的9次方，即10亿），因此时钟信号的一个周期是 1/10 亿秒。而光的速度是 3×10的8 次方米每秒，就是 3 亿米每秒。所以在一个周期内，光只能前进 30 厘米。

CPU 可以在每个时钟周期执行一条或多条指令，这具体取决于处理器的类型。 早期的计算机处理器和较慢的 CPU 在每个时钟周期只能执行一条指令，而现代处理器在每个时钟周期可以执行多条指令（多核）。

一个 CPU 的执行周期是从内存中提取第一条指令、解码并决定它的类型和操作数，执行，然后再提取、解码执行后续的指令。

1. Fetch，取指令。首先 CPU 通过 PC 指针读取对应内存地址的指令。
2. Decode，分析指令。CPU 对指令进行解码。
3. Execute，执行指令。CPU 执行指令。
4. Store，存指令。CPU 将结果存回寄存器或者将寄存器存入内存。

CPU的指令集

我们常见的 x86（32位）/x64（64位）是指CPU的指令集。

指令集是 CPU 实现软件指挥硬件执行的媒介，每一条汇编语句都对应了一条 CPU 指令，指令的集合叫 CPU 的指令集。

64 位指令的程序不可以在 32 位机器上运行，因为 32 位的寄存器存不下 64 位的指令。

操作系统其实也是程序，64 位的操作系统使用的是 64 位的指令，不能安装在 32 位机器上。