CPU

CPU 拓扑

指令集，arm、x86、resic-v

逻辑门

ALU

流水线

CPU 缓存

. 现代 CPU 的高级特性 现代 CPU 在基本硬件实现的基础上，加入了以下优化：

流水线与超标量： 流水线将指令分为多个阶段并行执行。 超标量 CPU 每个周期可发射多条指令，依赖多个 ALU 和执行单元。 分支预测： 通过预测跳转指令的结果减少流水线暂停。 硬件实现：分支预测器（基于历史跳转记录的查找表）。 乱序执行： CPU 动态调整指令执行顺序，最大化硬件利用率。 硬件实现：使用重排序缓冲区（ROB）和寄存器重命名。 缓存与内存管理： CPU 内部集成高速缓存（L1、L2 缓存），减少内存访问延迟。 硬件实现：SRAM 存储器、缓存控制器、TLB（快表）。 多核与超线程： 多核 CPU 集成多个处理核心，共享部分资源（如 L3 缓存）。 超线程（Hyper-Threading）通过虚拟核心提高并行性。

硬件交互

CPU权限级别

现代处理器运行时分为4个权限级别：

• ring0：最高权限，直接访问硬件资源，运行操作系统代码
• ring1
• ring2
• ring3：最低权限，只能通过间接调用系统代码访问硬件资源，运行用户应用程序代码或用户态库

ISA