在当今社会，电子计算机已经全面渗透进了我们的生活。这个伟大的发明承载了无数的心血与汗水，更是人类智慧的结晶。但你知道它们是怎样工作的吗？让我们从硬件开始，了解计算机是如何服务我们的当代生活。
CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是计算机的大脑，数据计算处理中心，如果你理解了它的工作原理，就理解了计算机的核心工作方式。
起点
这是一个质朴的CPU，现在让我们移开它的盖子，看看里面有什么。
CPU里布满了携带电信号的线路，用于计算。
线路周围有一圈针脚，用于发出和接收信息。
每个CPU里都有一个以固定频率通断的电路——Clock（时钟）
它用于同步CPU内的所有部件，其通断频率（Clock Rate）（事实上是电平高低变化频率）以GHz（1*10^9Hz）计。
通与断，有与无，0和1，这就是计算机储存数据，传输信息的方式。
理论上，时钟的通断速度越快，CPU的计算效率越高。现代计算机CPU每秒能通断数十亿次，这使得CPU能极快地处理复杂的任务。这么快的变化速度可能让你无法理解，现在让我们把时间尺度缩小为1个时钟周期，从一次电信号的发射来理解CPU的工作原理。
主板
如果我们从线路讲起，你可能无法理解它的工作目的。所以我们请来了CPU的左邻右舍。绿色的是主板，用于连接计算机里的所有组件，上面的线路就是各个元件通信的桥梁。
CPU的背面有大量的针脚，分为上下左右四组，上下的针脚传输数据，左右的针脚起控制作用。它们所连向的设备包括RAM、硬盘、显示器、键盘等。
让我们从RAM讲起。
CPU与RAM
现在你看到的两条银色物体是RAM（Random Access Memory，随机存储器，俗称内存），用于存储所有CPU将要处理的数据，这种储存方式必须通电，否则数据会丢失。
这些数据以0和1的形式储存，分为两种：键（address）和 值（data）
不同的键可以有着相同的值，但不能同时存在两个相同的键。值包括了指令，数字，地址等数据信息，而键就是这些数据的名称。如果你学过C语言就要知道：你创建的变量就是在RAM里开通的存储空间，在空间里存有值，即变量值；如果你此时创建了一个指向该值的指针，那么指针的内容就是键。
CPU可以从RAM读取数据或向RAM写入数据，以电路通断的方式。
CPU想要读取某个值时通过上方的address bus向RAM发送所需值的键，然后接通中间的control bus，即可从下方的data bus收到由RAM提供的相应值。CPU从RAM中读取内容或指令，这个过程在没有逻辑指令的情况下是顺序的，因为程序的执行是顺序的。
CPU在写入数据时通过上方的address bus向RAM发送键，同时通过下方的data bus向RAM发送值，最后接通中间的set线路，RAM即可在指定键的位置覆盖上这些数据。这个动作在CPU读取到相关指令时执行。
但这些值，或者说这些数据都是什么？数据类型包括数字、地址、指令。数字好理解，就是最普通的数据；地址记录了其他硬件设备的位置信息，方便CPU与它们通信。而指令是最重要的，这些指令就是计算机实现计算的一切。计算机听命于CPU，CPU听命于这些编辑好的指令。CPU指令集中有许多指令，以下为较常见的几种。
LOAD：从RAM读取数据
ADD：将两个数字相加
STORE：向RAM写入数据
COMPARE：比较两个数字大小
JUMP IF：在满足COMPARE的一定条件下跳转到某个值
JUMP：直接跳转到某个值
OUT：输出值到某个地址（显示器，指示灯）
IN：从某个地址（键盘，按钮）输入值
这很好理解吧？下面让我们看一段RAM中的内容，理解CPU在读取这段时做了什么。
| 键 | 值 |
|---|---|
| 00100001 | LOAD |
| 00100010 | 624 |
| 00100011 | IN |
| 00100100 | 键盘地址 |
| 00100101 | COMPARE |
| 00100110 | JUMP IF = |
| 00100111 | 01100001 |
| 00101000 | OUT |
| 00101001 | 显示器地址 |
| 00101010 | ”错误“ |
| …… | …… |
| 01100001 | “正确” |
这是一段简化后的程序，其效果是如果键入624显示“正确”，否则显示“错误”。
详解如下：
- 从RAM加载数字624
- 从键盘获取用户输入
- 比较是否相同
- 如果相同跳转到键为01100001的地址执行输出正确
- 在显示器输出错误
你现在可能非常好奇，CPU是如何处理这些从RAM中获得的键的？读取的数字储存在哪？如何进行加法计算？如何比较大小？
别急，现在我们终于能研究CPU内部的线路了。
CPU
这是CPU内部的线路图，很乱。里面有这各种单元，负责各种工作。先让两个最重要的单元上场。
右边的是控制单元（Control Unit），它就像队长一样，从RAM接收指令并解析成其他元件能够理解的命令。
左边的是算术逻辑单元（ALU），加法，减法，比较等数学运算都是由它执行的。他有两个数据输入口：A和B。
未完待续