中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。

中央處理器主要包括運(yùn)算器（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)（Data）、控制及狀態(tài)的總線(xiàn)（Bus）。它與內(nèi)部存儲(chǔ)器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設(shè)備合稱(chēng)為電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。

CPU的工作原理

1、取指令：CPU的控制器從內(nèi)存讀取一條指令并放入指令寄存器。指令的格式一般是這個(gè)樣子滴：

操作碼就是匯編語(yǔ)言里的mov，add，jmp等符號(hào)碼；操作數(shù)地址說(shuō)明該指令需要的操作數(shù)所在的地方，是在內(nèi)存里還是在CPU的內(nèi)部寄存器里。

2、指令譯碼：指令寄存器中的指令經(jīng)過(guò)譯碼，決定該指令應(yīng)進(jìn)行何種操作（就是指令里的操作碼）、操作數(shù)在哪里（操作數(shù)的地址）。

3、 執(zhí)行指令，分兩個(gè)階段“取操作數(shù)”和“進(jìn)行運(yùn)算”。

4、 修改指令計(jì)數(shù)器，決定下一條指令的地址。

cpu的主要功能作用

1、處理指令

英文Processing instrucTIons，這是指控制程序中指令的執(zhí)行順序。程序中的各指令之間是有嚴(yán)格順序的，必須嚴(yán)格按程序規(guī)定的順序執(zhí)行，才能保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作的正確性。

2、執(zhí)行操作

英文Perform an acTIon，一條指令的功能往往是由計(jì)算機(jī)中的部件執(zhí)行一系列的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CPU要根據(jù)指令的功能，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，發(fā)給相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動(dòng)作。

3、控制時(shí)間

英文Control TIme，時(shí)間控制就是對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)。在一條指令的執(zhí)行過(guò)程中，在什么時(shí)間做什么操作均應(yīng)受到嚴(yán)格的控制。只有這樣，計(jì)算機(jī)才能有條不紊地工作。

4、處理數(shù)據(jù)

即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，或進(jìn)行其他的信息處理。其功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)， 并執(zhí)行指令。

cpu的作用

cpu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為控制單元，邏輯單元和存儲(chǔ)單元三大部分。cpu的工作原理就象一個(gè)工廠(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的加工過(guò)程：進(jìn)入工廠(chǎng)的原料（指令），經(jīng)過(guò)物資分配部門(mén)（控制單元）的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線(xiàn)（邏輯運(yùn)算單元）。

生產(chǎn)出成品（處理后的數(shù)據(jù)）后，再存儲(chǔ)在倉(cāng)庫(kù)（存儲(chǔ)器）中，最后等著拿到市場(chǎng)上去賣(mài)（交由應(yīng)用程序使用）。cpu作為是整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的核心，它往往是各種檔次微機(jī)的代名詞，如往日的286、386、486，到如今的奔騰、奔騰四、K6等等，cpu的性能大致上也就反映出了它所配置的那部微機(jī)的性能，因此它的性能指標(biāo)十分重要。

性能參數(shù)

計(jì)算機(jī)的性能在很大程度上由CPU的性能決定，而CPU的性能主要體現(xiàn)在其運(yùn)行程序的速度上。影響運(yùn)行速度的性能指標(biāo)包括CPU的工作頻率、Cache容量、指令系統(tǒng)和邏輯結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

主頻

主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來(lái)表示CPU的運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)的速度。通常，主頻越高，CPU處理數(shù)據(jù)的速度就越快。

CPU的主頻=外頻×倍頻系數(shù)。主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度存在一定的關(guān)系，但并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系?！∷?，CPU的主頻與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力是沒(méi)有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。在Intel的處理器產(chǎn)品中，也可以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現(xiàn)得差不多跟2.66 GHz至強(qiáng)（Xeon）/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線(xiàn)、總線(xiàn)等各方面的性能指標(biāo)。

外頻

外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運(yùn)行速度。通俗地說(shuō)，在臺(tái)式機(jī)中，所說(shuō)的超頻，都是超CPU的外頻（當(dāng)然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點(diǎn)是很好理解的。但對(duì)于服務(wù)器CPU來(lái)講，超頻是絕對(duì)不允許的。前面說(shuō)到CPU決定著主板的運(yùn)行速度，兩者是同步運(yùn)行的，如果把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會(huì)產(chǎn)生異步運(yùn)行，（臺(tái)式機(jī)很多主板都支持異步運(yùn)行）這樣會(huì)造成整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻與主板前端總線(xiàn)不是同步速度的，而外頻與前端總線(xiàn)（FSB）頻率又很容易被混為一談。

總線(xiàn)頻率

AMD 羿龍II X4 955黑盒

前端總線(xiàn)（FSB）是將CPU連接到北橋芯片的總線(xiàn)。前端總線(xiàn)（FSB）頻率（即總線(xiàn)頻率）是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度。有一條公式可以計(jì)算，即數(shù)據(jù)帶寬=（總線(xiàn)頻率×數(shù)據(jù)位寬）/8，數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。比方，支持64位的至強(qiáng)Nocona，前端總線(xiàn)是800MHz，按照公式，它的數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬是6.4GB/秒。

外頻與前端總線(xiàn)（FSB）頻率的區(qū)別：前端總線(xiàn)的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度。也就是說(shuō)，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一億次；而100MHz前端總線(xiàn)指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。

倍頻系數(shù)

倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對(duì)比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實(shí)際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因?yàn)镃PU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會(huì)出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)－CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿(mǎn)足CPU運(yùn)算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，少量的如Intel酷睿2核心的奔騰雙核E6500K和一些至尊版的CPU不鎖倍頻，而AMD之前都沒(méi)有鎖，AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶(hù)可以自由調(diào)節(jié)倍頻，調(diào)節(jié)倍頻的超頻方式比調(diào)節(jié)外頻穩(wěn)定得多）。

緩存

緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對(duì)CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運(yùn)行頻率極高，一般是和處理器同頻運(yùn)作，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤(pán)。實(shí)際工作時(shí)，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤(pán)上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來(lái)考慮，緩存都很小。

L1　Cache（一級(jí)緩存）是CPU第一層高速緩存，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對(duì)CPU的性能影響較大，不過(guò)高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級(jí)高速緩存的容量不可能做得太大。一般服務(wù)器CPU的L1緩存的容量通常在32－256KB。

L2　Cache（二級(jí)緩存）是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部?jī)煞N芯片。內(nèi)部的芯片二級(jí)緩存運(yùn)行速度與主頻相同，而外部的二級(jí)緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會(huì)影響CPU的性能，原則是越大越好，以前家庭用CPU容量最大的是512KB，筆記本電腦中也可以達(dá)到2M，而服務(wù)器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高，可以達(dá)到8M以上。

L3　Cache（三級(jí)緩存），分為兩種，早期的是外置，內(nèi)存延遲，同時(shí)提升大數(shù)據(jù)量計(jì)算時(shí)處理器的性能。降低內(nèi)存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計(jì)算能力對(duì)游戲都很有幫助。而在服務(wù)器領(lǐng)域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內(nèi)存會(huì)更有效，故它比較慢的磁盤(pán)I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統(tǒng)緩存行為及較短消息和處理器隊(duì)列長(zhǎng)度。

其實(shí)最早的L3緩存被應(yīng)用在A(yíng)MD發(fā)布的K6-III處理器上，當(dāng)時(shí)的L3緩存受限于制造工藝，并沒(méi)有被集成進(jìn)芯片內(nèi)部，而是集成在主板上。在只能夠和系統(tǒng)總線(xiàn)頻率同步的L3緩存同主內(nèi)存其實(shí)差不了多少。后來(lái)使用L3緩存的是英特爾為服務(wù)器市場(chǎng)所推出的Itanium處理器。接著就是P4EE和至強(qiáng)MP。Intel還打算推出一款9MB L3緩存的Itanium2處理器，和以后24MB L3緩存的雙核心Itanium2處理器。

但基本上L3緩存對(duì)處理器的性能提高顯得不是很重要，比方配備1MB L3緩存的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對(duì)手，由此可見(jiàn)前端總線(xiàn)的增加，要比緩存增加帶來(lái)更有效的性能提升。

cpu在電腦什么位置？

看電腦主機(jī)箱中的主板上，一般在現(xiàn)代主板布局中央偏上，處理器上面有帶風(fēng)扇的金屬散熱塊。反之處理器就是它的下面壓著。

上面是筆記本主板插槽的大概圈點(diǎn)圖，紅色方框就是筆記本CPU的插槽。