一、CPU组成

CPU内部由ALU（算术逻辑单元）、CU（控制器）、寄存器（PC、IR、PSW、DR、通用寄存器等）、中断系统组成，外部通过总线与控制总线、数据总线、地址总线进行相连，对数据和程序进行相关的操作

CPU的功能：
（1）指令控制：按照顺序进行取指操作，由控制器CU完成取指和分析指令的操作。
（2）操作控制：能对指令进行译码、寄存、执行的有关操作。
（3）时间控制：对各种操作进行的时间实施定时。
（4）数据加工：能够进行算术运算和逻辑运算，该功能的实现由ALU寄存器（算术逻辑单元）完成。
（5）处理中断：能够响应输入输出设备发出的中断请求。

一、控制器，又叫控制单元（CU，Control Unit）
控制器的功能：
（1）从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。
（2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便于启动规定的动作。例如：一次数据cache的读写操作，一个算术逻辑运算操作，一个输入输出操作。
（3）指挥并控制CPU，数据cache和输入输出设备之间数据流向的方向。

控制器内部的组成部分：

程序计数器（PC）：用来存放下一条要执行的指令的地址。
指令寄存器（IR）：用来存放当前正在执行的指令。
指令译码器（ID）：对指令进行“翻译”，确定指令执行什么操作，以决定操作的性质和方法。
控制电路：根据指令译码器的分析，发出控制信号，完成该指令的所有操作。
详细分析CPU取指的流程：
指令的地址保存在程序计数器（PC）中，取指过程中，不需要使用ALU，要想把指令从内存单元中取出来，先要知道指令的地址，即需要从PC中取出指令地址。PC先把指令地址传输到MAR（存储器地址寄存器），通过MAR把信号送到地址总线，最后送到存储器。这时存储器已经得到系统将要执行的指令地址。
然后由控制单元CU向存储器发出读命令，读出的数据由存储器通过数据总线送到MDR，再由MDR送到==IR(指令寄存器)==中。这是程序计数器PC自动加一，从而确定了下一条指令的地址。

二、运算器，又叫算术逻辑单元（ALU，Arithmetic Logic Unit）

针对每一种算术运算，都必须有一个相对应的基本硬件配置，其核心部件是加法器和寄存器。
算术逻辑单元的功能：
（1）执行所有的算术运算。
（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。如零值测试或两个数的比较。

三、寄存器

寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的原始数据，中间结果，最终结果以及控制、状态信息的。CPU的寄存器被分为：用户可见寄存器、控制和状态寄存器

用户可见寄存器：
（1）通用寄存器：存放原始数据和运算结果，可以作为某种寻址方式所需的专用寄存器。当算术逻辑单元ALU执行算数或逻辑运算时，通用寄存器为ALU提供一个工作区。现代计算机中，为了减少CPU访问存储器的次数，提高运算速度，往往设置大量的寄存器。通用寄存器一般由CPU直接访问，CPU对寄存器的访问速度远大于访问主存的速度。
（2）数据寄存器：存放操作数、运算结果和运算的中间结果，以减少访问存储器的次数，或者存放从存储器读取的数据以及写入存储器的数据的寄存器。寄存了将要写入到计算机主存储器（例如：RAM）的数据，或由计算机主存储器读取后的数据。它就像缓冲器，持有从内存复制的数据，以准备给处理器使用。
（3）地址寄存器：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止 。
（4）条件码寄存器：存放条件码（条件码：体现当前指令执行结果的各种状态信息，如有无进位（CF位）、有无溢出（OV位）、结果正负（SF位）、结果是否为零（ZF位）、奇偶标志位（P位）等），可作程序分支的依据。

控制和状态寄存器
（1）控制寄存器：控制寄存器（CR0～CR3）用于控制和确定处理器的操作模式以及当前执行任务的特性。
（2）状态寄存器：
状态寄存器：存放条件码
PSW寄存器：保存由算数指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条形码；保存中断和系统工作状态等信息。

四、多核与单核，多线程与单线程。

多线程在单cpu中其实也是顺序执行的，不过系统可以帮你切换那个执行而已，其实并没有快（反而慢），同一时间只能一个线程在跑,而系统给每个线程切换的的时间片段大概10ms左右，看起来像是同时跑, 但实际上是每个线程跑一点点就换到其它线程继续跑.

单核开多线程的缺点：效率不会有提高的，切换线程反倒会增加开销。一般没有必要的话，尤其在单核CPU的时候，不推荐使用多线程单核CPU的时候，不推荐使用多线程。

单核使用CPU的情况：因为IO操作不占用CPU，I/O操作又有磁盘IO，网络IO，占用CPU真正的是计算。

eg:CPU 对磁盘的文件进行操作。

从上图我们就可以发现CPU在将指令告诉DMA的时候就处于空闲状态了。

如果磁盘IO读取的数据较大，则会长时间停留在第三步中。

那么CPU空闲下来的时间，为啥我们不好好利用起来呢？

因此就出现了多线程，当一个任务被执行到第三步 磁盘将内容加载到内存中的时候且执行时间巨长，CPU则空闲的，那么我们就切换线程，让它执行其他的任务，整体就提高的任务完成的效率。

1.并发性:多线程允许应用程序同时执行多个任务。即使在单核 CPU 上，操作系统可以使用时间分片来切换不同线程的执行，从而实现并发性。这对于某些任务并行性不高，但需要同时处理多个任务的情况仍然有用。
2.10密集型任务:在进行大量10操作(如文件读写、网络请求、数据库查询)时，多线程可以提高应用程序的效率。当一个线程在等待10操作完成时，CPU可以切换到另一个线程，以充分利用CPU时间。
3.异步编程:多线程可以用于异步编程，以提高应用程序的响应性。例如，在图形用户界面(GUI)应用程序中，一个线程可以负责用户界面的渲染，而另一个线程可以处理用户输入或后台任务。
4.任务分解:多线程可以用于将大型任务分解成更小的子任务，以便并行执行这些子任务。这可以提高某些计算密集型任务的性能。
5.多核 CPU 迁移:如果应用程序已经使用多线程，将来可以更容易地迁移到多核 CPU 环境中。这样，即使只有一个核心可用，应用程序也能够更好地利用多核CPU的性能。
虽然在单核 CPU 上无法实现真正的并行计算，但多线程仍然可以提供一定程度的并发性和任务切换，从而改善应用程序的性能和响应性。
多个cpu的话就可以在多个cpu中同时执行。

线程必然不是越多越好，线程切换也是要开销的，当你增加一个线程的时候，增加的额外开销要小于该线程能够消除的阻塞时间，这才叫物有所值。

什么时候该使用多线程呢？这要分四种情况讨论：

a.多核CPU——计算密集型任务。此时要尽量使用多线程，可以提高任务执行效率，例如加密解密，数据压缩解压缩（视频、音频、普通数据），否则只能使一个核心满载，而其他核心闲置。

b.单核CPU——计算密集型任务。此时的任务已经把CPU资源100%消耗了，就没必要也不可能使用多线程来提高计算效率了；相反，如果要做人机交互，最好还是要用多线程，避免用户没法对计算机进行操作。

c.单核CPU——IO密集型任务，使用多线程还是为了人机交互方便，

d.多核CPU——IO密集型任务，这就更不用说了，跟单核时候原因一样

五、CPU的多核和应用程序的多线程的关系是怎么样的?

a1: 多核就是系统同时可以运行多个线程，比如双核可以同时执行两个线程。单核儿只能一次执行一个线程。

a2: 试了一个ping 从192.168.0.1 到192.169.0.255的程序
用多线程做的，发现在单核的机器上和多核的机器运行性能有两倍左右的差异。

a3: 多核对于用户,应该说对于程序员来说,是透明的,根本不用管它,当你是单核的编程就可以了,除非使用OpenMP进行编程,就用很多条条框框了,另外你上面的测试是不准确的,网络(主要是远程主机)会因为不同时候而有不同的响应速度,你应该在干净的本机同环境下进行测试.但是,对于多线程多核优于单核还是可以确定的. 总之,我们不用担心程序在单核或多核上会出现并发问题.

a4: 多核指的是CPU有多个核心，多线程是程序有多个线程在同时执行。
多核也要用多线程才能发挥优势。
同样，多线程要在多核上才能真正有优势。
这点来说，对程序员不是透明的。程序员可以控制程序/线程在哪个CPU(核)上运行。用户也可以控制程序在哪几个核上运行。所以多核，多线程对用户和程序员都不是透明的。程序员必须了解这方面的知识。才能让程序最大限度的发挥机器的性能。