CPU怎么去执行程序的？

从 "取指令" 开始，"指令地址寄存器" 现在的值是 1 到 "解码" 阶段！ 0001 是 LOAD B 指令 从 RAM 里把一个值复制到寄存器 B，这次内存地址是 1111，十进制的 15。现在到 "执行阶段“，”控制单元" 叫 RAM 读地址 15，并配置寄存器 B 接收数据，成功，我们把值 0000 1110 ，也就是十进制的 14 存到了寄存器 B ，最后一件事是 "指令地址寄存器" +1 ，我们又完成了一个循环。

下一条指令有点不同，来取它吧 1000 0100，1000 是 ADD 指令 ，这次后面的 4 位不是 RAM 地址，而是 2 位 2 位分别代表 2 个寄存器，2 位可以表示 4 个值，所以足够表示 4 个寄存器。第一个地址是 01, 代表寄存器B ，第二个地址是 00, 代表寄存器A。因此，1000 0100，代表把寄存器 B 的值，加到寄存器 A 里 ，为了执行这个指令，我们要整合第 5 周的"控制单元" 负责选择正确的寄存器作为输入，并配置 ALU 执行正确的操作 B对于 "ADD" 指令， "控制单元" 会 启用寄存器 B，作为 ALU 的第一个输入，还启用寄存器 A，作为 ALU 的第二个输入 。之前说过，ALU 可以执行不同操作，所以控制单元必须传递 ADD 操作码告诉它要做什么 。最后，结果应该存到寄存器 A，但不能直接写入寄存器 A，这样新值会进入 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，关闭 ALU，然后把值写入正确的寄存器，这里 3+14=17，二进制是 0001 0001，现在存到了寄存器 A。和之前一样，最后一件事是把指令地址 + 1 这个循环就完成了。

好，来看最后一个指令：0100 1101，解码得知是 STORE A 指令（把寄存器 A 的值放入内存）， RAM 地址 13，接下来，把地址传给，同时，打开寄存器 A 的 "允许读取" 这样就可以把寄存器 A 里的值，传给 RAM。恭喜，我们刚运行了第一个电脑程序！它从内存中加载两个值，相加，然后把结果放回内存，刚刚是我一步步来讲的,我们人工切换 CPU 的状态 "取指令→解码→执行"。

时钟

但不是每台电脑里都有一个迷你，其实是 "时钟" 来负责管理 CPU 的节奏，时钟以精确的间隔触发电信号，控制单元会用这个信号，推进 CPU 的内部操作，确保一切按步骤进行。就像罗马帆船的船头，有一个人负责按节奏的击鼓, 让所有划船的人同步... 就像节拍器一样，节奏不能太快，因为就算是电也要一定时间来传输。 "取指令→解码→执行" 的速度叫 "时钟速度"，单位是赫兹 - 赫兹是用来表示频率的单位。赫兹代表一秒 1 个周期 因为我花了大概 6 分钟，给你讲了 4 条指令：读取→读取→相加→存储，所以我的时钟速度大概是 0.03 赫兹。我承认我算数不快，但哪怕有人算数很快，最多也就是一秒一次，或 1 赫兹。第一个单芯片 CPU 是 "英特尔 4004" ，1971 年发布的 4 位CPU，它的微架构很像我们之前说的CPU。虽然是第一个单芯片的处理器，但它的时钟速度达到了 740 千赫兹 - 每秒 74 万次 。你可能觉得很快，但和如今的处理器相比不值一提，一兆赫兹是 1 秒 1 百万个时钟周期，你现在看视频的电脑或手机，肯定有几千兆赫兹 ， 1 秒 10 亿次时钟周期 。

动态调整频率

你可能听过有人会把计算机超频，意思是修改时钟速度，加快 CPU 的速度 。就像罗马帆船要撞另一艘船时，鼓手会加快敲鼓速度。芯片制造商经常给 CPU 留一点余地，可以接受一点超频。但超频太多会让 CPU 过热或产生乱码，因为信号跟不上时钟。你可能很少听说降频，但降频其实很有用，有时没必要让处理器全速运行，可能用户走开了，或者在跑一个性能要求较低的程序，把 CPU 的速度降下来，可以省很多电，省电对用电池的设备很重要，比如笔记本和手机。为了尽可能省电，很多现代处理器可以按需求加快或减慢时钟速度这叫 "动态调整频率" 。

加上时钟后，CPU 才是完整的。现在可以放到盒子里，变成一个独立组件。!一层新的抽象！ RAM，上面说过，是在 CPU 外面的独立组件，CPU 和 RAM 之间用 "地址线" "数据线" 和 "允许读/写线" 进行通信。虽然今天我们设计的 CPU 是简化版的, 但我们提到的很多机制，依然存在于现代处理器里 。