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# 中央处理单元(CPU)

## CPU 的功能

好了﹐这里要说的是电脑的大脑。

`Central Processing Unit`(CPU) 我们翻译成中央处理器。一些专业的大型电脑，其 CPU 可以很大(不过绝大多数以计算机集群为主)﹐但在 PC 上面的 CPU 只是比饼干还要小的一片陶瓷片。只要打开电脑﹐把风扇拿掉，就可以一睹 CPU 的庐山真面目了。我们常问“您的机器是什么型号的啊？”﹐其实问的多指 CPU 的型号。或许您听过什么 Intel I3,I5,I9 等 CPU﹐他们所代表的可以说是不同型号的 CPU。事实上，除了 Intel 的 CPU 外，还有其它牌子的 CPU 可供选择。比方说：AMD,龙芯等等。

> 译者注: mainframe、CPU 型号、品牌等为过时内容，已更改或删除

CPU 的功能如何呢？说来很复杂，主要为五个部分：

1. 输入单元

   用来读取给电脑处理的数据或程序

2. 处理单元

   用来执行计算、比较和判断等运算功能

3. 输出单元

   将电脑的运算结果和处理好的数据输出

4. 记忆单元

   用来储存数据或程序的地方

5. 控制单元

   按作业程序指挥上述单元的运作及交换数据信道的传送

## 不同年代的 CPU

我们常追求最新最快的 CPU，但是不同年代的 CPU 究竟不同在哪里呢？如果真要解释清楚，恐怕要写一本书出来。不过，下面的表格相信也可以帮助我们了解一下。

| 项目/类型  | [80486(1989)](https://baike.baidu.com/item/80486/7473784) | [Pentium(奔腾)4(2000)](https://baike.baidu.com/item/%E5%A5%94%E8%85%BE4/9113325) | [I5-6400(2010)](https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/sku/88185/intel-core-i56400-processor-6m-cache-up-to-3-30-ghz/specifications.html) | [I5-10400(2019)](https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/sku/199271/intel-core-i510400-processor-12m-cache-up-to-4-30-ghz/specifications.html) | [I5-14600(2023)](https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/products/sku/199271/intel-core-i510400-processor-12m-cache-up-to-4-30-ghz/specifications.html) |
| :--------- | :-------------------------------------------------------: | :------------------------------------------------------------------------------: | :------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: | :----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: | :----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------: |
| 指令集架构 |                            x86                            |                                       x86                                        |                                                                       x86-64                                                                       |                                                                         x86-64                                                                         |                                                                         x86-64                                                                         |
| 核心数     |                             1                             |                                        1                                         |                                                                         4                                                                          |                                                                           6                                                                            |                                                                     6P(大)+8E(小)                                                                      |
| 计算速度   |                        33-100 MHz                         |                                   1.3-3.8 GHz                                    |                                                                    2.7(3.3) GHz                                                                    |                                                                      2.9(4.3) GHz                                                                      |                                                                   P:2.7 Ghz E:2 Ghz                                                                    |
| 制程       |                          1000nm                           |                                     65-180nm                                     |                                                                        14nm                                                                        |                                                                          14nm                                                                          |                                                                     7nm (Intel 7)                                                                      |

> 以上 CPU 链接均摘自 Intel 官网和百度百科。</br>
> 最新数据请在 [Intel 官网](https://www.intel.cn) 查看。</br>
> 以上 CPU 均为 Intel CPU，AMD CPU 请在 [AMD 官网](https://www.amd.com) 查看。</br>
> 说明：1000 MHz = 1 GHz，计算速度括号内为睿频频率。</br>

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> 译者注: 过时内容，当前数据选自 2024 年 5 月

在 1980 年末﹐IBM 才开始大举进军个人电脑市场。在这之前﹐苹果在 1976 年就推出了 Apple I 个人电脑﹐之后 Apple II 也已经成功地拥有很大数量的用户了。IBM PC 使用的 CPU 厂商 Intel 其实早在 1976 年也推出了一款型号叫 8086 的 CPU，其后不久的 8088 和它很相近﹐比起现代的 CPU 来说，它们可以说是慢得像蜗牛了：最快的只有 8MHz！Intel 相继 8086 和 8088 之后还推出了 80186 和 80188，但不是很成功。但是 Intel 打算将系统部件合并到 CPU 去的概念却对后来生产更快的 CPU，如 80286/80386，起到很重要的作用。从 80386 起人们就把 80 给去掉了，直接称为 x86 了。当 Intel 在推出 486 其后下一代的产品时，厂商将 CPU 型号命名为 Pentium，从此，PII、PIII、P4 等不同年代的 CPU 也都以 Pentium 命名。但在程序界中，仍有不少人继续称 Pentium CPU 为 586，686 的，只是越来越少人坚持如此了。

AMD 在 2005 年 5 月推出了速龙 64 位处理器。这是首个消费级的 x86-64(可简称 x64)架构的处理器，在此之后的 CPU 大多都是 x64 架构的了。

所有年代的 CPU 都有一个特性：向后（旧）兼容。也就是说：486 的 CPU 可以跑 386 的程序，但不能跑“专为”586 写的程序，甚至现在的 I5、I7 都可以运行为 386 编写的程序！故此，许多程序员在发布程序版本的时候，仍将 32 位的程序冠以`i386`的名字（其中的 i 就是 Intel 的意思）。由于 AMD 发明了 64 位架构，于是 64 位的程序就被叫做`amd64`（或`x86-64`）了。

> 译者注: 补充 x64 架构的内容

## 如何发挥 CPU 的效率？

要真正发挥 CPU 的效率，与其他配件的配合是密不可分的。因为他们要在同一速率上才能工作，时间上必须要配合默契。当 CPU 完成了一个运算之后，I/O 也要同时将产生的运算结果传达出去，也同时传给 CPU 下一个运算数据。这情形就像接力赛那样，如果时间不吻合，接力棒就会丢了。不过，CPU 处理数据往往要比单纯的数据交接更须时间。聪明的 CPU 设计工程师想出了一道绝招：就是将 CPU 运行于比总线（BUS，所有系统数据的运送信道）快一定倍数的速度上。这样等周边反应过来的同时，CPU 也率先完成运用了，（时至今日，CPU 的速度远远快过周边，掉过来往往是 CPU 等它们了）。

据说，CPU 在生产的时候都是一样的，之后厂家经过测试，按照尽可能稳定情况下的最高速度原则来定型号的。有些用家买了低速的 CPU 回来，然后经过改变 CPU 电压、频率以求更快的速度﹐这就是所谓的“超频”了。不过，阁下看到这里可别忙着去修改自己的电脑哦，否则要有什么元件损坏，作者可概不负责的哦～

现在的 CPU 一般会有睿频功能，相当于 CPU 自带的“超频”，可以智能调整电压和频率，不过睿频相比一般的超频是十分安全的，不会搞坏你的 CPU。

> 译者注: 删除过时的计算 CPU 速度的内容，并更改标题

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> 原文: [netman](http://www.study-area.org/compu/compu_cpu.htm)</br>
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