這兩天發現了一個不錯的教學影片，用二十分鐘左右的時間介紹CPU的基本運作原理，相當值得一看。

這個影片主要是來自一本書《But How Do It Know》，天瓏這本代訂購一本賣 946，薄薄的一本，只有2百多頁。這本書虛構了一個Scott CPU來舉例，我看完教學影片做了一些筆記當參考:

Instruction Set

CPU 基於最基本的 Instruction Set 來達成複雜的工作。例如:

• Load a number from RAM into the CPU
• ADD two numbers toether
• STORE a number from the CPU back out to RAM
• COMPARE one number with another
• JUMP IF Condition to another address in RAM
• JUMP to another address in RAM
• OUTput to a device such as a monitor
• INput to from a device such as a keyboard

基本元件

從這個影片中，整理一下一些元件的用途

Random access memory(RAM)

其 Random　之意就是代表可以隨意存取某個Addreess的資料。RAM主要分兩部份，Address 和 Data。CPU 可以要求從某個 Address 讀出 Data。而RAM的Data又可以分成好幾種類型: - 指令集 - 數字 - 另一個記憶體位置 - 字元

Control Unit

CPU 可以說是電腦的大腦，而 Control Unit 則可以說是CPU的艦長，負責發號司令負責叫ALU運算跟控制暫存器

Arithmetic Logic Unit(ALU)

負責實際運算的部份，Input 由 Control Unit 控制，運算完的結果透過 Output 或是 Flags 來讓 Control Unit 知道結果

BUS(匯流排)

ALU, Control Unit 和 Register 透過共用的BUS來轉移資料

Register

Register(暫存器)在 CPU 裡面扮演重要的腳色，它們讓 ALU 計算出來的數值可以有地方暫時存放，以供之後的運算。而Control unit 會用set wire跟enable wire來控制那些 Register 會被寫入，和輸出: - set wire: 讓 ALU 計算完的值可以透過 bus(匯流排)來寫入 register - enable wire: 讓register的值可以輸出到 bus 上

因為多個 Register 彼此共用一個 bus，為了要讓 ALU 可以讀到兩個Input，會在其中一個Input 加入一個 Temp register，讓這個 register 可以暫時鎖死一個值到 ALU，然後另一個值再從Register中用 enable wire直接打到 ALU上　。

其它的Register

• Instruction register: 把指令的種類輸出到 Control Unit
• Instruction address register: 下一個指令所在的 address 輸出到 memory address register
• Memory address register: 把 address 輸出到 Memory

參考連結

• AMD CPU製作過程中文 - YouTube
• Visual 6502 in JavaScript, 利用 HTML5 的技術來視覺化 AppleII 使用的 CPU 6502
• 積體電路的發明