CPU，是電子計算機的主要設備之一，電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。CPU是計算機中負責讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。每個CPU都有一套自己可以執(zhí)行的專門的指令集(注意，這部分指令是CPU提供的，CPU-Z軟件可查看)。正是因為不同CPU架構的指令集不同，使得x86處理器不能執(zhí)行ARM程序，ARM程序也不能執(zhí)行x86程序。（Intel和AMD都使用x86指令集，手機絕大多數(shù)使用ARM指令集）。

用戶態(tài)的CPU，只允許執(zhí)行指令集中的部分指令。一般而言，IO相關和把內存保護相關的所有執(zhí)行在用戶態(tài)下都是被禁止的，此外其它一些特權指令也是被禁止的，比如用戶態(tài)下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態(tài)。

控制器之所以知道數(shù)據(jù)放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的，每個指令對應一個基本操作，比如加法運算對應一個指令。例如，將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數(shù)據(jù))中的值拷貝到ALU中，然后根據(jù)的操作指令執(zhí)行加法運算，將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中，后寫入到內存。

用戶態(tài)CPU想要執(zhí)行特權操作，需要發(fā)起系統(tǒng)調用來請求內核幫忙完成對應的操作。其實是在發(fā)起系統(tǒng)調用后，CPU會執(zhí)行trap指令陷入(trap)到內核。當特權操作完成后，需要執(zhí)行一個指令讓CPU返回到用戶態(tài)。除了系統(tǒng)調用會陷入內核，更多的是硬件會引起trap行為陷入內核，使得CPU控制權可以回到操作系統(tǒng)，以便操作系統(tǒng)去決定如何處理硬件異常。

關于CPU上的高速緩存

1、高速的緩存是CPU的寄存器，它們和CPU的材料相同，靠近CPU或接近CPU，訪問它們沒有時延(<1ns)。但容量很小，小于1kb。

2、寄存器之下，是CPU的高速緩存。分為L1緩存、L2緩存、L3緩存，每層速度按數(shù)量級遞減、容量也越來越大。

3、每核心都有一個自己的L1緩存。L1緩存分兩種：L1指令緩存(L1-icache)和L1數(shù)據(jù)緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解了碼指令，L1數(shù)據(jù)緩存用來放訪問非常頻繁的數(shù)據(jù)。

4、L2緩存用來存放近期使用過的內存數(shù)據(jù)。更嚴格地說，存放的是很可能將來會被CPU使用的數(shù)據(jù)。

5、多數(shù)多核CPU的各核都各自擁有一個L2緩存，但也有多核共享L2緩存的設計。無論如何，L1是各核私有的(但對某核內的多線程是共享的)。