CPU的位数指的是CPU的位宽,表示一次最多能计算的范围
如果是 8 位的 CPU,那么一次只能计算 1 个字节 0~255 范围内的数值,这样就无法一次完成计算 10000 * 500 ,于是为了能一次计算大数的运算,CPU 需要支持多个 byte 一起计算,所以 CPU 位宽越大,可以计算的数值就越大,比如说 32 位 CPU 能计算的最大整数是 4294967295。
常见的寄存器种类:
通用寄存器,用来存放需要进行运算的数据,比如需要进行加和运算的两个数据。
程序计数器,用来存储 CPU 要执行下一条指令「所在的内存地址」,注意不是存储了下一条要执行的指令,此时指令还在内存中,程序计数器只是存储了下一条指令「的地址」。
指令寄存器,用来存放当前正在执行的指令,也就是指令本身,指令被执行完成之前,指令都存储在这里。
总线
总线是用于 CPU 和内存以及其他设备之间的通信,总线可分为 3 种:
地址总线,用于指定 CPU 将要操作的内存地址;
数据总线,用于读写内存的数据;
控制总线,用于发送和接收信号,比如中断、设备复位等信号,CPU 收到信号后自然进行响应,这时也需要控制总线;
当 CPU 要读写内存数据的时候,一般需要通过下面这三个总线:
首先要通过「地址总线」来指定内存的地址;
然后通过「控制总线」控制是读或写命令;
最后通过「数据总线」来传输数据;
线路位宽:线路位宽决定了内存的最大值
CPU 想要操作「内存地址」就需要「地址总线」:
如果地址总线只有 1 条,那每次只能表示 「0 或 1」这两种地址,所以 CPU 能操作的内存地址最大数量为 2(2^1)个(注意,不要理解成同时能操作 2 个内存地址);
如果地址总线有 2 条,那么能表示 00、01、10、11 这四种地址,所以 CPU 能操作的内存地址最大数量为 4(2^2)个。
那么,想要 CPU 操作 4G 大的内存,那么就需要 32 条地址总线,因为 2 ^ 32 = 4G
CPU 的位宽最好不要小于线路位宽,比如 32 位 CPU 控制 40 位宽的地址总线和数据总线的话,工作起来就会非常复杂且麻烦,所以 32 位的 CPU 最好和 32 位宽的线路搭配,因为 32 位 CPU 一次最多只能操作 32 位宽的地址总线和数据总线。
如果用 32 位 CPU 去加和两个 64 位大小的数字,就需要把这 2 个 64 位的数字分成 2 个低位 32 位数字和 2 个高位 32 位数字来计算,先加个两个低位的 32 位数字,算出进位,然后加和两个高位的 32 位数字,最后再加上进位,就能算出结果了,可以发现 32 位 CPU 并不能一次性计算出加和两个 64 位数字的结果。
对于 64 位 CPU 就可以一次性算出加和两个 64 位数字的结果,因为 64 位 CPU 可以一次读入 64 位的数字,并且 64 位 CPU 内部的逻辑运算单元也支持 64 位数字的计算。
但是并不代表 64 位 CPU 性能比 32 位 CPU 高很多,很少应用需要算超过 32 位的数字,所以如果计算的数额不超过 32 位数字的情况下,32 位和 64 位 CPU 之间没什么区别的,只有当计算超过 32 位数字的情况下,64 位的优势才能体现出来。
另外,32 位 CPU 最大只能操作 4GB 内存,就算你装了 8 GB 内存条,也没用。而 64 位 CPU 寻址范围则很大,理论最大的寻址空间为 2^64。
Linux 内核设计的理念主要有这几个点:
MultiTask,多任务
SMP,对称多处理
ELF,可执行文件链接格式
Monolithic Kernel,宏内核