在當今社會，電子計算機已經全面滲透進了我們的生活。這個偉大的發明承載了無數的心血與汗水，更是人類智慧的結晶。但你知道它們是怎樣工作的嗎？讓我們從硬件開始，了解計算機是如何服務我們的當代生活。
CPU（Central Processing Unit，中央處理器）是計算機的大腦，數據計算處理中心，如果你理解了它的工作原理，就理解了計算機的核心工作方式。
起點
這是一個質朴的CPU，現在讓我們移開它的蓋子，看看里面有什么。
CPU里布滿了攜帶電信號的線路，用於計算。
線路周圍有一圈針腳，用於發出和接收信息。
每個CPU里都有一個以固定頻率通斷的電路——Clock（時鍾）
它用於同步CPU內的所有部件，其通斷頻率（Clock Rate）（事實上是電平高低變化頻率）以GHz（1*10^9Hz）計。
通與斷，有與無，0和1，這就是計算機儲存數據，傳輸信息的方式。
理論上，時鍾的通斷速度越快，CPU的計算效率越高。現代計算機CPU每秒能通斷數十億次，這使得CPU能極快地處理復雜的任務。這么快的變化速度可能讓你無法理解，現在讓我們把時間尺度縮小為1個時鍾周期，從一次電信號的發射來理解CPU的工作原理。
主板
如果我們從線路講起，你可能無法理解它的工作目的。所以我們請來了CPU的左鄰右舍。綠色的是主板，用於連接計算機里的所有組件，上面的線路就是各個元件通信的橋梁。
CPU的背面有大量的針腳，分為上下左右四組，上下的針腳傳輸數據，左右的針腳起控制作用。它們所連向的設備包括RAM、硬盤、顯示器、鍵盤等。
讓我們從RAM講起。
CPU與RAM
現在你看到的兩條銀色物體是RAM（Random Access Memory，隨機存儲器，俗稱內存），用於存儲所有CPU將要處理的數據，這種儲存方式必須通電，否則數據會丟失。
這些數據以0和1的形式儲存，分為兩種：鍵（address）和 值（data）
不同的鍵可以有着相同的值，但不能同時存在兩個相同的鍵。值包括了指令，數字，地址等數據信息，而鍵就是這些數據的名稱。如果你學過C語言就要知道：你創建的變量就是在RAM里開通的存儲空間，在空間里存有值，即變量值；如果你此時創建了一個指向該值的指針，那么指針的內容就是鍵。
CPU可以從RAM讀取數據或向RAM寫入數據，以電路通斷的方式。
CPU想要讀取某個值時通過上方的address bus向RAM發送所需值的鍵，然后接通中間的control bus，即可從下方的data bus收到由RAM提供的相應值。CPU從RAM中讀取內容或指令，這個過程在沒有邏輯指令的情況下是順序的，因為程序的執行是順序的。
CPU在寫入數據時通過上方的address bus向RAM發送鍵，同時通過下方的data bus向RAM發送值，最后接通中間的set線路，RAM即可在指定鍵的位置覆蓋上這些數據。這個動作在CPU讀取到相關指令時執行。
但這些值，或者說這些數據都是什么？數據類型包括數字、地址、指令。數字好理解，就是最普通的數據；地址記錄了其他硬件設備的位置信息，方便CPU與它們通信。而指令是最重要的，這些指令就是計算機實現計算的一切。計算機聽命於CPU，CPU聽命於這些編輯好的指令。CPU指令集中有許多指令，以下為較常見的幾種。
LOAD：從RAM讀取數據
ADD：將兩個數字相加
STORE：向RAM寫入數據
COMPARE：比較兩個數字大小
JUMP IF：在滿足COMPARE的一定條件下跳轉到某個值
JUMP：直接跳轉到某個值
OUT：輸出值到某個地址（顯示器，指示燈）
IN：從某個地址（鍵盤，按鈕）輸入值
這很好理解吧？下面讓我們看一段RAM中的內容，理解CPU在讀取這段時做了什么。
| 鍵 | 值 |
|---|---|
| 00100001 | LOAD |
| 00100010 | 624 |
| 00100011 | IN |
| 00100100 | 鍵盤地址 |
| 00100101 | COMPARE |
| 00100110 | JUMP IF = |
| 00100111 | 01100001 |
| 00101000 | OUT |
| 00101001 | 顯示器地址 |
| 00101010 | ”錯誤“ |
| …… | …… |
| 01100001 | “正確” |
這是一段簡化后的程序，其效果是如果鍵入624顯示“正確”，否則顯示“錯誤”。
詳解如下：
- 從RAM加載數字624
- 從鍵盤獲取用戶輸入
- 比較是否相同
- 如果相同跳轉到鍵為01100001的地址執行輸出正確
- 在顯示器輸出錯誤
你現在可能非常好奇，CPU是如何處理這些從RAM中獲得的鍵的？讀取的數字儲存在哪？如何進行加法計算？如何比較大小？
別急，現在我們終於能研究CPU內部的線路了。
CPU
這是CPU內部的線路圖，很亂。里面有這各種單元，負責各種工作。先讓兩個最重要的單元上場。
右邊的是控制單元（Control Unit），它就像隊長一樣，從RAM接收指令並解析成其他元件能夠理解的命令。
左邊的是算術邏輯單元（ALU），加法，減法，比較等數學運算都是由它執行的。他有兩個數據輸入口：A和B。
未完待續