***************FPU080H-A10富士CPU*******************
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FPU080H-A10富士CPU渠道商介紹，關于CPU和程序的執(zhí)行
CPU是計算機的大腦。
1、程序的運行過程，實際上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的執(zhí)行過程。
當程序要執(zhí)行的部分被裝載到內存后，CPU要從內存中取出指令，然后指令解碼(以便知道類型和操作數，簡單的理解為CPU要知道這是什么指令)，然后執(zhí)行該指令。再然后取下一個指令、解碼、執(zhí)行，以此類推直到程序退出。
2、這個取指、解碼、執(zhí)行三個過程構成一個CPU的基本周期。
3、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，手機絕大多數使用ARM指令集）。
注：指令集的軟硬件層次之分：硬件指令集是硬件層次上由CPU自身提供的可執(zhí)行的指令集合。軟件指令集是指語言程序庫所提供的指令，只要安裝了該語言的程序庫，指令就可以執(zhí)行。
4、由于CPU訪問內存以得到指令或數據的時間要比執(zhí)行指令花費的時間長很多，因此在CPU內部提供了一些用來保存關鍵變量、臨時數據等信息的通用寄存器。
所以，CPU需要提供 一些特定的指令，使得可以從內存中讀取數據存入寄存器以及可以將寄存器數據存入內存。
此外還需要提供加法、減、not/and/or等基本運算指令，而乘除法運算都是推算出來的(支持的基本運算指令參見ALU Functions)，所以乘除法的速度要慢的多。這也是算法里在考慮時間復雜度時常常忽略加減法次數帶來的影響，而考慮乘除法的次數的原因。
5、除了通用寄存器，還有一些特殊的寄存器。典型的如：
PC：program counter，表示程序計數器，它保存了將要取出的下一條指令的內存地址，指令取出后，就會更新該寄存器指向下一條指令。
堆棧指針：指向內存當前棧的頂端，包含了每個函數執(zhí)行過程的棧幀，該棧幀中保存了該函數相關的輸入參數、局部變量、以及一些沒有保存在寄存器中的臨時變量。
PSW：program status word，表示程序狀態(tài)字，這個寄存器內保存了一些控制位，比如CPU的優(yōu)先級、CPU的工作模式(用戶態(tài)還是內核態(tài)模式)等。
6、在CPU進行進程切換的時候，需要將寄存器中和當前進程有關的狀態(tài)數據寫入內存對應的位置(內核中該進程的�？臻g)保存起來，當切換回該進程時，需要從內存中拷貝回寄存器中。即上下文切換時，需要保護現場和恢復現場。
7、為了改善性能，CPU已經不是單條取指-->解碼-->執(zhí)行的路線，而是分別為這3個過程分別提供獨立的取值單元，解碼單元以及執(zhí)行單元。這樣就形成了流水線模式。
例如，流水線的**一個單元——執(zhí)行單元正在執(zhí)行第n條指令，而前一個單元可以對第n+1條指令進行解碼，再前一個單元即取指單元可以去讀取第n+2條指令。這是三階段的流水線，還可能會有更長的流水線模式。
8、更優(yōu)化的CPU架構是superscalar架構（超標量架構）。這種架構將取指、解碼、執(zhí)行單元分開，有大量的執(zhí)行單元，然后每個取指+解碼的部分都以并行的方式運行。比如有2個取指+解碼的并行工作線路，每個工作線路都將解碼后的指令放入一個緩存緩沖區(qū)等待執(zhí)行單元去取出執(zhí)行。
9、除了嵌入式系統，多數CPU都有兩種工作模式：內核態(tài)和用戶態(tài)。這兩種工作模式是由PSW寄存器上的一個二進制位來控制的。
10、內核態(tài)的CPU，可以執(zhí)行指令集中的所有指令，并使用硬件的所有功能。
11、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)。
12、用戶態(tài)CPU想要執(zhí)行特權操作，需要發(fā)起系統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)。
13、除了系統調用會陷入內核，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，以便操作系統去決定如何處理硬件異常。
資訊來源：汕頭羅克自動化
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