计算机的心脏是 “中央处理器” ，简称 “CPU”。

程序有一个个 “操作” 组成，这些操作叫 “指令”。
因为它们 “指示” 计算机去要做什么。

• 数学指令，加、减，
  CPU 让ALU 进行数学运算。

• 内存指令
  CPU 和内存通信，读写值。

重点放在功能，而不是一个根线具体怎么连，一条线链接两个组件，这条线只是所有必须电路的一个抽象，这种高层次视角---叫 “微体系架构”。

如何操作的？

首先，要内存，四个寄存器

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• 4个寄存器，存储临时数据，操作数据。

数据是以二进制存在内存里，程序也可以存在内存里。

• 给CPU 所有的指令分配一个ID。
  前四位：操作码
  后面的代表数据来自哪里-寄存器或者内存地址。

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• 还需要2个寄存器

1. 追踪程序运行到哪里了。
   叫 “指令地址寄存器”- 当前指令的内存地址。
   2.另一个寄存器存当前指令-叫“指令寄存器”。

• 启动计算机 都从0 开始。

  
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RAM 存放了一个程序，测试

• 取指令阶段，负责拿到指令。
  指令地址寄存器 连到RAM ，
  寄存器的值为0 ，RAM 返回地址0 的值。
  0010 1110 ---》 复制到 指令寄存器

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• 解密阶段 ：指令拿到 ，搞清楚什么指令，才能执行。

0010 是 OPCODE 操作码 ，LOAD A 指令 :把RAM 的值放入寄存器A。
1110 ：RAM 地址，十进制 14

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• 由控制单元解码

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“控制单元” 也是逻辑门组成，识别LOAD A 指令，需要有电路检测操作码是不是0010。

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• “执行阶段”
  检测是否 LOAD A 指令的电路，打开RAM 的 “允许读取线” 把地址 14 传过去。

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RAM 拿到值 ，0000 0011 ，十进制的3。

• LOAD A指令把 这个值放入 寄存器 A，其他不受影响。

1.需要一根线，链接4个寄存器。

2. 用检测是否 LOAD A 的指令电路，启用寄存器A 的 “允许写入线”。

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3. 就把 RAM地址 14 的值，就写进了寄存器 A。
4. 指令完成，关闭所有电路。
5. 去拿下一条指令。
6. 把“指令地址寄存器 ” + 1，执行阶段结束。

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LAOD A 是CPU 可以执行的指令之一。

不同的指令使用不同逻辑电路解码。

这些逻辑电路会配置 CPU 内的组件执行对应的操作。

分析解码电路有点繁琐,通过上面例子走过一遍,干脆把 “控制单元” 包成一个整体，简洁一些。

新的抽象：

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控制单元“指挥”组件，取指令 -> 解码 -> 执行。

再走一次

• 取指令
  指令地址寄存器 值是 1 ，RAM 对应1 的值是0001 1111

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• 解码
  0001 操作码 对应的是 LOAD B ：
  从RAM 取值，放入寄存器B
  1111 ：内存地址是15

• 执行阶段

15 对应RAM 的值是 0000 1110
十进制的14 存入 寄存器B。

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• 指针寄存器 + 1

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下一个：
指令寄存器 是 2 ，对应RAM 是 1000 0100

1000 对应 add 指令， 后面4位不是RAM 地址，而是 两位两位代表两个寄存器。
两位可以代表4个值，可以代表四个寄存器。

第一个地址 01，代表寄存器B 。 ---还没搞明白为啥代表B
第二低地址00 ，代表寄存器A。

就是吧B的值和加到A的里面。

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需要执行加指令，需要用到ALU。

控制单元：负责选择正确的寄存器作为输入，配置ALU 做正确的操作。

对“ADD” 指令，控制单元 启用控制器B作为ALU 的第一个输入。

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启用A作为ALU 的第二个输入

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ALU 可以执行不同的操作，需要控制单元传递ADD操作码，告诉他要做什么。

最后结果要存到寄存器A，但不能直接写入A， 因为新值会进入ALU ，不断和自己相加。

因此，控制单元用一个自己的寄存器暂时保存结果。

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关闭 ALU ，把值写入正确的寄存器A。
3+14 = 17 二进制 0001 0001

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最后一件事，把指令寄存器+1 。

最后一个指令 ：0100 1101
把寄存器A的值 写入内存RAM 。1101地址 13

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地址写入 RAM ，这次不是“允许读取” 是“允许写入” ，同时打开寄存器A的允许读取，就可以吧把寄存器A的值希尔RAM 。

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CPU 执行了两个数相加，然后写入内存。

刚才过程 人工切换 CPU 的状态，取指令 - 解码 -执行。

CPU 真实切换状态的是 “时钟”，负责 管理 CPU 的节奏。

时钟：以精确的间隔触发点信号，控制单元利用这个信号，推荐CPU内部的操作。 确保按照步骤进行。

不能太快，就是电也需要一定时间传输。

CPU “取指令-解码-执行” 的速度 叫“时钟速度”，单位是-赫兹，标识频率单位。

1 赫兹 = 1秒 一个周期

前面的 4个指令，读取-读取-相加-存储，时钟速度大概是0.003 赫兹

一个指令 3步，
4 x 3/3600 = 0.003
还是 1/3600 = 0.0027 约等于 0.003

第一个单芯片CPU ，Intel 4004

1971 发布的4位CPU
时钟速度 740 赫兹，每秒74万次。
感觉很快了，但和现在处理器相比 不值一提。
1兆赫兹 = 1秒 1百万个时钟周期
现在的手机电脑都是几千兆赫兹。1秒 10亿次的时钟周期。

架构:

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计算机超频

修改时钟速度，加快CPU 的速度。
芯片厂商给CPU 留有余地，可以接受一点 超频，但超频过多会让CPU 过热, 或产生乱码，因为信号跟不上时钟。

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很少有人说降频，但其实降频很有用，有时候没不要让CPU 全速运行。
用户走开 ，或跑性能较低的程序，CPU 降低可以省很多电。

省电：对手机和笔记本，用电池的很重要。

为了省电，现在处理器根据需求，会加快和减慢时钟速度 -- 动态调整频率。

加上时钟CPU 才是完整的，可以放入盒子成一个独立组件。

新的抽象：

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CPU 和 RAM 通过地址线、数据线、允许读/写线 进线通信

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虽然设计的CPU 是简化版的，但是提到的很多机制，依然存在于现代的处理器里面。

下次讲 加强CPU ，给他它扩展更多指令，开始讲软件。