CPU

    中央處理器（Central Processing Unit）的縮寫，即CPU，CPU是電腦中的核心配件，只有火柴盒那么大，幾十張紙那么厚，但它卻是一臺計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。電腦中所有操作都由CPU負(fù)責(zé)讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。中央處理器（Central Processing Unit，CPU），是電子計(jì)算機(jī)的主要設(shè)備之一。其功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)熒光增白劑軟件中的數(shù)據(jù)。所謂的計(jì)算機(jī)的可編程性主要是指對CPU的編程。

    CPU是計(jì)算機(jī)中的核心配件，只有火柴盒那么大，幾十張紙那么厚，但它卻是一臺計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。計(jì)算機(jī)中所有操作都由CPU負(fù)責(zé)讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。

　　CPU、內(nèi)部存儲器和輸入/輸出設(shè)備是電子計(jì)算機(jī)的三大核心部件。

　　同時，中國藥科大學(xué)涼皮機(jī)的英語簡稱也是CPU（China Pharmaceutical University ）

基本原理

　　CPU的主要運(yùn)作原理，不論其外觀，都是執(zhí)行儲存于被稱為程式里的一系列指令。在此討論的是遵循普遍的架構(gòu)設(shè)計(jì)的裝置。程式以一系列數(shù)字儲存在電動推桿電腦記憶體中。差不多所有的CPU的運(yùn)作原理可分為四個階段：提取（Fetch）、解碼（Decode）、執(zhí)行（Execute）和寫回（Writeback）。

Intel公司Core（酷睿） 2系列下的一款CPU

第一階段，提取，從程式記憶體中檢索指令（為數(shù)值或一系列數(shù)值）。由程式計(jì)數(shù)器（Program Counter）指定程式記憶體的位置，程式計(jì)數(shù)器保存供識別目前程式位置的數(shù)值。換言之，程式計(jì)數(shù)器記錄了CPU在目前程式里的蹤跡。

　　提取指令之后，程式計(jì)數(shù)器根據(jù)指令式長度增加記憶體單元。指令的提取常常必須從相對較慢的記憶體尋找，導(dǎo)致CPU等候指令的送入。這個問題冷庫板主要被論及在現(xiàn)代處理器的快取和管線化架構(gòu)（見下）。

　　CPU根據(jù)從記憶體提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片斷。根據(jù)CPU的指令集架構(gòu)（ISA）定義將數(shù)值解譯為指令。

　　一部分的指令數(shù)值為運(yùn)算碼（Opcode），其指示要進(jìn)行哪些運(yùn)算。其它的數(shù)值通常供給指令必要的資訊，諸如一個加法（Addition）運(yùn)算的運(yùn)算目標(biāo)。這樣的運(yùn)算目標(biāo)也許提供一個常數(shù)值（即立即值），或是一個空間的定址值：暫存器或記憶體位址，以定址模式?jīng)Q定。

　　在舊的設(shè)計(jì)中，CPU里的指令解碼部分是無法改變的硬體裝置。不過在眾多抽象且復(fù)雜的CPU和指令集架構(gòu)中，一個微程式時常用來幫助轉(zhuǎn)袋式過濾器換指令為各種形態(tài)的訊號。這些微程式在已成品的CPU中往往可以重寫，方便變更解碼指令。

　　在提取和解碼階段之后，接著進(jìn)入執(zhí)行階段。該階段中，連接到各種能夠進(jìn)行所需運(yùn)算的CPU部件。

　　例如，要求一個加法運(yùn)算，算數(shù)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值，而且在輸出將含有總和結(jié)果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng)，以于輸出端完成簡單的普通運(yùn)算和邏輯運(yùn)算（比如加法和位元運(yùn)算）。如果加法運(yùn)算產(chǎn)生一個對該CPU處理而言過大的結(jié)果，在標(biāo)志暫存器里，運(yùn)算溢出（Arithmetic Overflow）標(biāo)志可能會土雞被設(shè)置（參見以下的數(shù)值精度探討）。

　　最終階段，寫回，以一定格式將執(zhí)行階段的結(jié)果簡單的寫回。運(yùn)算結(jié)果經(jīng)常被寫進(jìn)CPU內(nèi)部的暫存器，以供隨后指令快速存取。在其它案例中，運(yùn)算結(jié)果可能寫進(jìn)速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體。某些類型的指令會操作程式計(jì)數(shù)器，而不直接產(chǎn)生結(jié)果資料。這些一般稱作“跳轉(zhuǎn)”（Jumps）并在程式中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行（透過條件跳轉(zhuǎn)）和函式。

　　許多指令也會改變標(biāo)志暫存器的狀態(tài)位元。這些標(biāo)志可用來影響程式行為，緣由于它們時常顯出各種運(yùn)算結(jié)果。 　　例如，以一個“比較”指令判斷兩個值的大小，根據(jù)比較結(jié)果在標(biāo)志暫存器上設(shè)置一個數(shù)值。這個標(biāo)志可藉由隨后的跳轉(zhuǎn)指令塑料軟管來決定程式動向。

　　在執(zhí)行指令并寫回結(jié)果資料之后，程式計(jì)數(shù)器的值會遞增，反覆整個過程，下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。如果完成的是跳轉(zhuǎn)指令，程式計(jì)數(shù)器將會修改成跳轉(zhuǎn)到的指令位址，且程式繼續(xù)正常執(zhí)行。許多復(fù)雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼，并且同時執(zhí)行。這個部分一般涉及“經(jīng)典RISC管線”，那些實(shí)際上是在眾多使用簡單CPU的電子裝置中快速普及（常稱為微控制（Microcontrollers））。

基本結(jié)構(gòu)

　　CPU包括運(yùn)算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。

　　指令是計(jì)算機(jī)規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個字節(jié)或者多個字節(jié)組成，其中包括操作碼字段、一個或多個有關(guān)操作數(shù)活性氧化鋁地址的字段以及一些表征機(jī)器狀態(tài)的狀態(tài)字和特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。

32位CPU的寄存器

通用寄存器又可分定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)兩類，它們用來保存指令中的寄存器操作數(shù)和操作結(jié)果。

　　通用寄存器是中央處理器的重要組成部分，大多數(shù)指令都要訪問到通用寄存器。通用寄存器的寬度決定計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路寬度，其端口數(shù)目往往可影響內(nèi)部操作的并行性。

　　專用寄存器是為了執(zhí)行一些特殊操作所需用的寄存器。

　　控制寄存器通常用來指示機(jī)器執(zhí)行的狀態(tài)，或者保持某些指針，有處理狀態(tài)寄存器、地址轉(zhuǎn)換目錄的基地址寄存器、特權(quán)狀態(tài)煤炭化驗(yàn)設(shè)備寄存器、條件碼寄存器、處理異常事故寄存器以及檢錯寄存器等。

　　有的時候，中央處理器中還有一些緩存，用來暫時存放一些數(shù)據(jù)指令，緩存越大，說明CPU的運(yùn)算速度越快，目前市場上的中高端中央處理器都有2M左右的二級緩存。

　　控制部件，主要負(fù)責(zé)對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。

　　其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是以微存儲為核心的微程序控制方式；一種是以邏輯硬布線結(jié)構(gòu)為主的控制方式。

　　微存儲中保持微碼，每一個微碼對應(yīng)于一個最基本的微操作，又稱微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構(gòu)成微程序。中央處理器聚氨酯板在對指令譯碼以后，即發(fā)出一定時序的控制信號，按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個微操作，即可完成某條指令的執(zhí)行。

　　簡單指令是由（3～5）個微操作組成，復(fù)雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。

　　邏輯硬布線控制器則完全是由隨機(jī)邏輯組成。指令譯碼后，控制器通過不同的邏輯門的組合，發(fā)出不同序列的控制時序信號，直接去執(zhí)行一條指令中的各個操作。

　　應(yīng)用大型、小型和微型計(jì)算機(jī)的中央處理器的規(guī)模和實(shí)現(xiàn)方式很不相同，工作速度也變化較大。中央處理器可以由幾塊電路塊甚至由整個二手挖掘機(jī)機(jī)架組成。如果中央處理器的電路集成在一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路芯片上，則稱為微處理器（見微型機(jī)）。

　　現(xiàn) 狀

　　中央處理器的工作速度與工作主頻和體系結(jié)構(gòu)都有關(guān)系。中央處理器的速度一般都在幾個MIPS（每秒執(zhí)行100萬條指令）以上。有的已經(jīng)達(dá)到幾百M(fèi)IPS 。

　　速度最快的中央處理器的電路已采用砷[shēn]化鎵[jiā]工藝。在提高速度方面，流水線結(jié)構(gòu)是幾乎所有現(xiàn)代中央處理器設(shè)計(jì)中都已采用的重要措施。未來，中央處理器工作頻率的提高已逐漸受到物理上的限制，而內(nèi)部執(zhí)行性（指利用中央處理器內(nèi)部的硬件資源）的進(jìn)一步地毯清洗改進(jìn)是提高中央處理器工作速度而維持軟件兼容的一個重要方向。

發(fā)展過程

　　CPU這個名稱，早期是對一系列可以執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序或電腦程式的邏輯機(jī)器的描述。這個空泛的定義很容易在“CPU”這個小吃車名稱被普遍使用之前將計(jì)算機(jī)本身也包括在內(nèi)。