CPU的初步介绍 CPU的基本架构 衡量CPU的性能

       电脑毫无疑问地成为现代人生活中不可或缺的一环，不论在工作上，学习上或者是娱乐上，电脑都扮演著相当重要的角色。在一台电脑中，最重要的就是CPU，它决定了电脑的性能以及电脑的运作效率。在本文中将初步的介绍CPU，关於它的基本架构以及性能的衡量，还有CPU的历史流程和各家厂商之间的竞争关系。另外我们在购卖CPU时应该要有什?概念。最后，针对CPU未来的发展趋势作一番预测。

　　一、CPU的介绍

　　CPU就是所谓的中央处理器或中央处理单元，也就是Central Processing Unit的缩写。CPU是驱动整个电脑运作的中心枢纽，又称电脑的心脏，其内部包括控制单元，算术及逻辑单元，暂存器或记忆单元。当电脑系统开始运作时，CPU从记忆体内，读取操作它的软体的指令与资料，透过ALU运算出结果后存回记忆体，同时由主机板，与外界的I/O周边沟通，达到资料处理的目的。CPU会因其硬体架构如资料/指令格式，分配，解码，介面与运作方式的不同有差异，而且用途也可能不一。

　　二、CPU的基本架构

　　算术及逻辑运算单元(ALU):加，减，乘，除及比较，选择，判断等运算。控制单元(CU):翻译程式中的指令的解码功能及协调控制各部门依指令执行使电脑自动化处理资料。记忆单元(memory):储存目前正要被处理运算的程式或资料，容量以KB为单位。输入单元(Input，I/P):接受输入的资料或程式，以供进一步处理。如:键盘，滑鼠等。输出单元(Output，O/P):负责将CPU处理结果输出，输出於各种输出设备上，如:印表机，磁碟机等。暂存器(Register):暂时储存资料，如用来储存运算的累积器。其功能与记忆体相似。

　　CPU内部较重要的暂存器

　　1、程式计数器PC(Program Counter):负责储存CPU下一次所要执的记忆体位址。

　　2、指令暂存器IR(Instruction Register):负责储存CPU所要执行的指令。

　　3、堆叠指标器SP(Stack Pointer):负责储存CPU目前使用的堆叠位址。

　　4、位址暂存器MAR:负责储存CPU所要存取记忆体资料的位址。

　　三、衡量CPU的性能

　　1、内部运算架构(Architexture):例如说这颗CPU的内部设计，是scalar，还是超纯量(superscalar)的设计;有无内建快取记忆体，指令，资料与记忆体的读写设计等，都会影响整个CPU的运作效能。

　　2、位元处理能力:例如8位元，16位元的CPU。通常这跟CPU内部暂存器，资料汇流排或指令宽度有关。就Intel的定义，8086/286的通用暂存器(General Purpose Registers)GPR是16位元，所以它们算是16位元的CPU;386/486以至於Pentium，PentiumPro，也是32位元的CPU，因为CPU核心的GPR只有32位元。

　　3、记忆体容量:我们说这颗CPU的记忆体控制范围有多少MB，像386/486等32位元的CPU，其最大记忆体容量有2的32次方等於4096MB=4GB。

　　4、工作时脉(clock):每个CPU工作时脉越高，执行指令的单位时间(cycle)越小，速度就越快。例如说Intel486DX-33，是以33MHz(=33，000，000Hz/每秒钟)为工作时脉，它其与同类型的486DX-25(24MHZ工作时脉)相比较，前者速度就比后者快上约33%。

　　5、IC制程:目前有BiCMOS与CMOS两类。一般是以若依线路精密度来分，是以微米(micron，=10的负6次方M，也就是百万分之一公尺)。目前最新的CPU制程为0。13um。

　　四、CPU的历史概况

　　在西元1970年代，CPU是一块由数十或数百个IC所组成的电路基板，体积相当大，后来因积体电路的发展，让CPU所有的处理元件得以浓缩在一片小小的晶片当中，也有人称CPU为微处理机(MicroProcessor)。

　　从1970年Intel的第一颗CPU(编号4004，108KHz工作时脉)开始，CPU可以说经历了数代的演进，其中在1978年时，AMD(超微)也加入了CPU的市场。

　　就Intel的历史而言，於1978年，位於美国的Intel公司第一次生产出拥有16位元的微处理器，并且将这颗微处理器命名为i8086。这款产品使用的指令集人们称之为x86指令集。以后，Intel陆续生产出更先进和更快速的新型CPU，这些新型的CPU都兼容原来的x86指令集，被称为「x86系列CPU」。於1981年，个人电脑(Personal Computer)开始兴起，INTEL公司亦开始研究一些新制程的中央处理器(cpu)，不断的去进行改进及测试，使中央处理器(cpu)的速度愈来愈快，愈来愈进步。以下便是intel公司曾经推出过市场的CPU，可以看见INTELCPU的发展演进：

　　第一代：可以说是最旧的CPU型号---8086，8088，AT/XT

　　第二代：INTEL公司经过改良的CPU型号---80286

　　第三代：80386