關(guān)于CPU的胡言亂語(yǔ)

工作多年的資深程序員也未必說(shuō)得清楚，即便是匯編高手也不一定能準(zhǔn)確描述，大部分人對(duì)這些幾乎沒(méi)有興趣，照樣能寫(xiě)出優(yōu)秀的程序。
作為一個(gè)學(xué)生時(shí)代就開(kāi)始對(duì)電子電路發(fā)生興趣的愛(ài)好者，模擬電路自然很好理解，也很形象，比如一個(gè)波形經(jīng)過(guò)放大，變成電壓更高的相同的波形，比如發(fā)光二極管加上一個(gè)正向電壓就會(huì)發(fā)光......可是，一旦接觸到數(shù)字電路，這些東西都排不上了用場(chǎng)，有種不會(huì)外語(yǔ)的中國(guó)人到了外國(guó)的感覺(jué)。
數(shù)字電路接觸多了，大概也理解了一些皮毛，不過(guò)是輸入一個(gè)高或低的電平，輸出一個(gè)高或低的電平，這些規(guī)則是設(shè)計(jì)好的（程序），這些與非或門就是最原始最純樸的CPU，而這些程序是固化的，焊接上去就那個(gè)樣子的，你輸入一串脈沖，它就按照規(guī)則輸出一串脈沖，如此這般。
后來(lái)，接觸了編程，先學(xué)了高級(jí)語(yǔ)言VB、VB.net，再瀏覽過(guò)幾本C語(yǔ)言，瞻仰了一下匯編語(yǔ)言，不明覺(jué)歷?。r(shí)間長(zhǎng)了，感覺(jué)也就那么回事，沒(méi)什么深?yuàn)W的，只要下功夫研究，完全可以成為一個(gè)合格的程序員，就這么感覺(jué)著突然就少了興趣，唉，人就是這么及安！

許多年來(lái)，對(duì)數(shù)字電路到程序之間的聯(lián)絡(luò)，一直處于糊涂一盆的狀態(tài)，苦于沒(méi)有名師指點(diǎn)，也缺乏這方面的資料，頓時(shí)感到那些所謂講師都是書(shū)呆子，我堅(jiān)信他們可以照本宣科地把匯編指令倒背如流，卻講不明白CPU內(nèi)部那些神奇的脈沖是如何跳躍的，這是我所關(guān)心的，我想也是很多人關(guān)心的。

下面，就按我的個(gè)人傻瓜式的理解描述一下我認(rèn)為的CPU工作原理，太雷人，游客請(qǐng)止步，防止觸電身亡！

先說(shuō)內(nèi)存，內(nèi)存就像一張方格信紙，每行多個(gè)列，共有多上行都是固定的。這張方格紙被劃了幾個(gè)區(qū)域，分別存放不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)。內(nèi)存又像一塊黑板，所有的演算過(guò)程都要在黑板上進(jìn)行。
舉個(gè)例子，老師在黑板上講課，學(xué)生問(wèn)：“1+1=？”，老師拿起粉筆（CPU的指針），在黑板上寫(xiě)下了“1+1=” ，相當(dāng)于在方格紙上占了4個(gè)格（事實(shí)上不是那么少，先不管它），眾所周知，CPU是靠程序發(fā)出指令的，所以這時(shí)候程序員的指令必定是要求CPU進(jìn)行加法運(yùn)算，假設(shè)這個(gè)等號(hào)就是要求運(yùn)算的指令，那么“1+1”這個(gè)算式就會(huì)被CPU編譯成10010100101100010001110001......這樣的二進(jìn)制機(jī)器碼送進(jìn)CPU內(nèi)部的加法器，然后輸出一串011101010010011100101......之類的結(jié)果，結(jié)果放在哪里呢，自然是寫(xiě)在黑板上，同理，放在方格紙的指定位置（這個(gè)位置必須是閑置的，不然會(huì)將原來(lái)的格子里的數(shù)據(jù)擦除，帶來(lái)不可知的后果）。于是就完成了計(jì)算的過(guò)程。
如果覺(jué)得還是難以理解，那我舉個(gè)更淺顯的例子。以前給火鍋店修理過(guò)一臺(tái)羊肉切片機(jī)，這種機(jī)器是通過(guò)調(diào)整切刀的間隙達(dá)到調(diào)整羊肉片的厚薄的，這里的羊肉就代表需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)，間隙的大小就代表邏輯算法，如果切刀間隙是固定的，那么你放進(jìn)去一斤羊肉，會(huì)切出5盤肉片（老板好黑?。矸胚M(jìn)兩斤羊肉就出出10盤肉片。這里的羊肉、肉片都是要占用空間的（內(nèi)存），羊肉片端出去上桌（輸出），內(nèi)存的數(shù)據(jù)就完成了任務(wù)。

按照這樣似是而非的邏輯，發(fā)揮我胡思亂想的特長(zhǎng)，CPU內(nèi)部世界林立著幾億個(gè)二極管，這些二極管組成了各種各樣的邏輯電路，隨時(shí)等待著羊肉的到來(lái)，在迅雷不及掩耳盜鈴的時(shí)間內(nèi)切出了一盤一盤的羊肉片，羊肉絲，羊肉塊，羊肉丁......
這是最簡(jiǎn)單的一個(gè)運(yùn)算，而程序往往十分復(fù)雜和冗長(zhǎng)，CPU像一個(gè)不知疲倦的工人，時(shí)刻等著下一條指令。回到剛才方格紙那個(gè)思路上來(lái)，所有的程序代碼必須在內(nèi)存上進(jìn)行存放才能進(jìn)入CPU進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算后的結(jié)果也必須寫(xiě)在內(nèi)存里，這就像老師不能把1+1的結(jié)果“2”放在心里一樣，他必須寫(xiě)在黑板上。

CPU在內(nèi)存這張方格紙上讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候，并不像我們寫(xiě)文章從左到右，從上到下一個(gè)字一個(gè)字，一行一行地寫(xiě)，而是隨時(shí)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，神經(jīng)病一樣，它可能走著走著突然就跳走了，然后又突然跳回來(lái)，它的節(jié)奏永遠(yuǎn)是那么齊整，他跳一百米和一米的時(shí)間是一樣的，不可思議吧！

這就是我所理解的CPU底層工作的狀態(tài)，不管你懂不懂，反正我是似懂非懂。至于如何將結(jié)果送到顯示器，如何將鼠標(biāo)鍵盤的數(shù)據(jù)送進(jìn)來(lái)，這不屬于最底層，不是今天學(xué)習(xí)的筆記。這些東西相對(duì)還是容易理解的，至少我真的略知一二。