浅谈中央处理器（CPU）

一，CPU概念

CPU（中央处理器）是计算机的核心部件，是PC机中不可缺少的组成部分，负担着运行系统软件和应用软件的任务。

微型计算机的中央处理器简称 微处理器（CPU）

二，CPU的结构

控制器
1. 控制器是运算器的控制中心，用于协调机器各个运算部件工作。
2. 控制器内部的指令计数器用于存放CPU正在执行的指令地址，CPU将按照该地址从内存读取所要执行的指令。
3. 其内部的指令寄存器用来保存当前正在执行的指令。
4. 控制器通过其内部的译码器解释该指令的含义。
5. 控制器可以控制运算器操作，记录CPU内部状态。
运算器（ALU）

对数据进行各种算术运算和逻辑运算。分为定点运算器和运算器。
寄存器组

由几十个寄存器组成，寄存器的工作速度极快，用于临时存放参加运算的数据和运算得到的结果。

需要运算器处理的数据，首先由寄存器读取内存中的数据，再由运算器读取寄存器中的相关数据进行运算。当运算结果不需要继续参加运算时就从寄存器保存到内存。

三，CPU的工作原理

迄今为止，我们所使用的计算机是按照 冯·诺伊曼提出的 存储程序控制原理进行工作的，即每一个问题的运算步骤（程序）连同它所处理的数据都使用二进位表示，并预先存放在存储器中。

程序运行时，CPU一条一条的从内存中读取出指令和相应的数据，按照指令操作码规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕。

四，CPU的性能指标

计算机的性能在很大程度上是由CPU决定的。

CPU的性能主要表现在程序执行速度的快慢，程序执行速度与CPU相关的参数有很多，如下：

指令系统

指令的类型，格式，功能和数目都会影响CPU的执行速度。PC电脑CPU的指令系统非常复杂，移动计算机的CPU指令系统较为简单。

前者指令系统提供的功能更加丰富，后者指令系统有利于提高速度和降低功耗。
字长（位数）

字长指的是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度（即二进制整数运算的位数）。

由于存储器地址是整数，整数运算是定点运算器完成的，因而定点运算器的宽度也就大体决定了地址码位数的多少。

地址码的长度决定了CPU可以访问的存储器最大空间，这是影响CPU性能的一个重要因素。
主频（CPU的时钟频率）

主频指CPU中电子线路的工作频率，它决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢。

在一定范围内，主频越高，执行一条指令需要的时间也就越少，CPU的处理速度就越快（CPU的温度可能越高）。
高速缓存（cahe）

高速缓存的个数和每个高速缓存的容量与结构直接关系到CPU访问内存的次数。
逻辑结构

运算器的数目 / 是否具有数字信号处理功能 / 有无指令和数据预测功能 / 流水线结构和级数
CPU个数

多核CPU，每个核都是一个独立的CPU。在操作系统的支持下，多个CPU和并行工作。
CPU总线速度

CPU总线（前端总线）的工作频率和数据线宽度决定着CPU与内存之间传输数据的快慢。总线速度越快，CPU的性能将发挥的越充分。

五，CPU的发展

由CPU的字长看CPU的发展

4=>8=>16=>32=>64=>128位处理器

代别	认识
第一代微处理器（1971—1973）	第一代我i处理器是字长4位或8位的微处理器。主要用于计算器，照相机，电视机等智能家用电器上面。
第二代微处理器（1974—1977）	与第一代相比，集成度高1-4倍，运算速度提高了10-15倍，指令系统相对完善。已具备典型的计算机体系结构及中断，直接存储器存取等功能。
第三代微处理器（1978—1984）	即16位微处理器由英特尔推出
第四代微处理器（1985—1992）	即32位微处理器，由英特尔推出，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率范围：12.5MHZ—40MHZ
第五代微处理器（1993—2005）	奔腾（pentium）系列微处理器时代，内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。
第六代微处理器（2005—today）	酷睿（core）系列微处理器时代，通常称为第六代。

六，指令和指令系统

指令的概念： 指令是对计算机进行程序控制的最小单位。指令用二进制位表示，规定计算及执行什么操作。

在计算机内部，程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。
指令的结构：
1. 操作码： 指出计算机应执行什么操作。
2. 操作数地址： 指出该指令所处理的数据或者数据所在的位置地址。
指令系统的概念： CPU所能执行的所有的指令称为该CPU的指令系统。

指令执行的过程

CPU的控制器从内存中读取一条指令并放入指令寄存器。
指令寄存器中的指令操作码经过译码，决定该指令应进行什么操作。
CPU根据操作数的位置取出操作数。
运算器按照操作码的要求，对操作数完成规定的运算，并根据运算结果修改或设置处理器的一些状态标志。
把运算结果保存到指定的寄存器，需要时将结果从寄存器保存到内存单元。
修改指令计数器。决定下一条需要执行的指令地址。

指令系统兼容问题

不同公司生产的CPU有各自的指令系统，它们未必互相兼容。Intel公司的CPU与AMD公司的CPU相互兼容，但与IBM公司的POWER微处理器不兼容。

同一公司的CPU通常 “向下兼容” 新处理器中保留老处理器的所有指令，同时扩充功能更强的新指令。

CPU的“自我介绍”