处理器结构及其工作原理

     处理器不是法师手中的仙器，它之所以能计算数学题，是因为其特殊的设计。处理器是一个“器件”，不太大，有的是长方形，有的是正方形，就像饼干。实际上，它是一块集成电路。

    如图2-2所示，在处理器的底部或者四周，有大量的引脚，可以接受外面来的电信号，或者向外发出电信号。每个引脚都有自己的用处，在往电路板上安装的时候不能接错。所以，如图所示，处理器在生产的时候，都会故意缺一个角，这是一个参照标记，可以确保安装的人不会弄错。当然，并不是所有的处理器都会缺一个角，这不是一个固定不变的做法。

    处理器的引脚有很多，其中有一部分是用来将参与运算的数字送入处理器内部。假如现在要进行加法运算，那么我们要重复使用这些引脚，来依次将被加数与加数送入。

    一旦被加数通过引脚送入处理器，代表这个二进制数字的一组电信号就会出现在与引脚相连的内部线路上。这是一排高低电平的组合，代表着二进制数中的每一位。这时候，必须用一个称为寄存器（Register）的电路锁住。之所以要这样做，是因为相同的引脚和线路马上还要用于输入加数。也正是因为这个原因，这些内部线路称为处理器内部总线。
    同样地，加数也要锁进另一个寄存器中。如图 2-2 所示，寄存器 RA 和 RB 将分别锁存参与运算的被加数和加数。此后，RA 和 RB 中的内容不再受外部数据线的影响。

    寄存器是双向器件，可以在一端接受输入并加以锁存，同时，它也会在另一端产生一模一样的输出。与寄存器 RA 和 RB 相连的，是算术逻辑单元，或者算术逻辑部件（Arithmetic Logic Unit，ALU），也就是图 2-2 中的桶形部分。它是专门负责运算的电路，可以计算加法、减法或者乘法，也可做逻辑运算。在这里，我们要求它做一次加法。

      一旦寄存器 RA 和 RB 锁存了参与运算的两个数，算术逻辑部件就会输出相加的结果，这个结果可以临时用另外一个寄存器 RC 锁存，稍后再通过处理器数据总线送到处理器外面，或者再次送入 RA 或 RB。

    处理器总是很繁忙的，在它操作的过程中，所有数据在寄存器里面都只能是临时存在一会儿，然后再被送往别处，这就是为什么它被叫做“寄存器”的原因。早期的处理器，它的寄存器只能保存 4 比特、8 比特或 16 比特，它们分别叫做 4 位、8 位和 16 位寄存器。现在的处理器，寄存器一般都是 32 位、64 位甚至更多。