中央處理器，也稱(chēng)微處理器（CPU，Central Processing Unit），是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和指揮控制控制中心。不同型號(hào)的微型計(jì)算機(jī)，其性能的差別首先在于其微處理器性能的不同，而微處理器性能又與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成有關(guān)。

CPU從存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器，并對(duì)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(lèi)型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個(gè)字節(jié)或者多個(gè)字節(jié)組成，其中包括操作碼字段、一個(gè)或多個(gè)有關(guān)操作數(shù)地址的字段以及一些表征機(jī)器狀態(tài)的狀態(tài)字以及特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。

CPU依靠指令來(lái)計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。

在計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)兩個(gè)截然不同的優(yōu)化方向：CISC技術(shù)和RISC技術(shù)。CISC是指復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(ComplexInstructionSetComputer)；RISC是指精減指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（ReducedInstructionSetComputer)。這里的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)指的是計(jì)算機(jī)的最低層的機(jī)器指令，也就是CPU能夠直接識(shí)別的指令。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜，要求計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的構(gòu)造能使計(jì)算機(jī)的整體性能更快更穩(wěn)定。最初，人們采用的優(yōu)化方法是通過(guò)設(shè)置一些功能復(fù)雜的指令，把一些原來(lái)由軟件實(shí)現(xiàn)的、常用的功能改用硬件的指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)提高計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就被稱(chēng)為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，即ComplexInstructionSetComputer，簡(jiǎn)稱(chēng)CISC。另一種優(yōu)化方法是在20世紀(jì)80年代才發(fā)展起來(lái)的，其基本思想是盡量簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)指令功能，只保留那些功能簡(jiǎn)單、能在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行完成的指令，而把較復(fù)雜的功能用一段子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就被稱(chēng)為精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。即ReducedInstructionSetComputer，簡(jiǎn)稱(chēng)RISC。RISC技術(shù)的精華就是通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)指令功能，使指令的平均執(zhí)行周期減少，從而提高計(jì)算機(jī)的工作主頻，同時(shí)大量使用通用寄存器來(lái)提高子程序執(zhí)行的速度。

CPU架構(gòu)是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個(gè)規(guī)范，主要目的是為了區(qū)分不同類(lèi)型CPU的重要標(biāo)示。我們?nèi)粘Ｊ褂玫呐_(tái)式機(jī)，筆記本等采用X86架構(gòu)的處理器，屬于CISC范疇，而ARM架構(gòu)的手機(jī)、平板等則屬于RISC范疇。

由于CPU內(nèi)部工作原理內(nèi)容較多，比較復(fù)雜不宜學(xué)習(xí)并且對(duì)于選購(gòu)CPU沒(méi)有太大意義，本文主講和CPU性能有關(guān)的參數(shù)內(nèi)容。

x86或80x86是英特爾Intel首先開(kāi)發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱(chēng)。該系列較早期的處理器名稱(chēng)是以數(shù)字來(lái)表示，并以“86”作為結(jié)尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架構(gòu)被稱(chēng)為“x86”。由于數(shù)字并不能作為注冊(cè)商標(biāo)，因此Intel及其競(jìng)爭(zhēng)者均在新一代處理器使用可注冊(cè)的名稱(chēng)，如Pentium?，F(xiàn)時(shí)Intel把x86-32稱(chēng)為IA-32，全名為“Intel Architecture, 32-bit”。

“X86”是Intel和其他幾家公司處理器所支持的一組機(jī)器指令集，它大致確定了芯片的使用規(guī)范。從8086到80186、80286、80386、80486，再到后來(lái)的奔騰系列以及現(xiàn)在的多核技術(shù)，都是使用一脈相承的x86指令集，既不斷擴(kuò)展又向后兼容。

三十年前，英特爾發(fā)布了第一款16位微處理器—8086，當(dāng)時(shí)的著名廣告語(yǔ)是：“開(kāi)啟了一個(gè)時(shí)代”。而當(dāng)8086的光環(huán)退去之后，其支撐架構(gòu)—我們后來(lái)所熟知的x86也成為了最成功的業(yè)界技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。

在8086之后的30年間，x86家族橫跨了桌面、服務(wù)器、便攜式電腦，超級(jí)計(jì)算機(jī)等等。無(wú)數(shù)對(duì)手?jǐn)≡诹怂哪_下。

目前采用X86架構(gòu)制造CPU的廠家有三個(gè)，INTEL、AMD和VIA，由于VIA制造的CPU性能市場(chǎng)占有率過(guò)小，在此忽略VIA的X86架構(gòu)處理器。

移動(dòng)版X86處理器和臺(tái)式機(jī)CPU沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，外觀上或許感覺(jué)差異較大，但這只是封裝形式不同造成，其內(nèi)部參數(shù)性能比較沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。

臺(tái)式機(jī)CPU

X86的歷史

1971 年，英特爾為一家日本計(jì)算器廠商制造了英特爾歷史上的第一塊處理器——4位的4004。很快，在1975年，英特爾又推出了8位處理器8008和8080。

3年以后，16位的8086初次登場(chǎng)。在上世紀(jì)80年代初，IBM選擇了8086的衍生產(chǎn)品8088作為IBM PC的處理器。IBM的這一舉措給x86帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇，并且?guī)椭蔀榱诵袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)——直到今天。

英特爾執(zhí)行副總裁Patrick Gelsinger說(shuō)：“PC行業(yè)發(fā)展的革命性轉(zhuǎn)折點(diǎn)是1985年32位處理器80386的推出，它推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。”

386 之后，19**486誕生了。由于當(dāng)時(shí)數(shù)字不能作為商標(biāo)，英特爾從1993年開(kāi)始改變了產(chǎn)品命名方法。第五代處理器被命名為Pentium而不是586。

所有的基于x86架構(gòu)的芯片，開(kāi)始于8086，一直延續(xù)到今天。當(dāng)然他們的命名發(fā)生了變化，運(yùn)算速度也有了驚人的提升。

X86成功的秘訣

x86為什么能一直成功，擊退甚至完全打敗其他的處理器架構(gòu)？從一開(kāi)始，x86的誕生就可謂生逢其時(shí)。1978年，計(jì)算機(jī)從巨大、昂貴的中型計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樾⌒?、便宜的微型?jì)算機(jī)已經(jīng)有幾年了。臺(tái)式電腦成為變革的前沿。

更重要的是，x86證明了戈登·摩爾在1965年提出的一個(gè)定律。戈登·摩爾后來(lái)成為英特爾的主席和CEO。摩爾說(shuō)，在成本不變的前提下，微處理器每過(guò)二年其運(yùn)算速度會(huì)翻一番。他的預(yù)言后來(lái)被稱(chēng)為摩爾定律，30年來(lái)始終被證明是有效的。

8086及其后續(xù)產(chǎn)品還一直與電腦業(yè)的兩個(gè)大名鼎鼎的名字緊緊聯(lián)系在一起。1972年，比爾 ·蓋茨和保羅·艾倫就嘗試用性能很弱的8008開(kāi)發(fā)Basic編程語(yǔ)言，但沒(méi)有成功。但他們最終在性能強(qiáng)勁一些的8080處理器上開(kāi)發(fā)出了Basic語(yǔ)言，并在1975年把 Basic語(yǔ)言應(yīng)用到Altair8800 PC。

這成為英特爾和微軟親密關(guān)系的開(kāi)始。微軟從那時(shí)起，便創(chuàng)造了一個(gè)龐大的軟件帝國(guó)并推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。英特爾首席技術(shù)官Justin Rattner指出，x86體系架構(gòu)的靈活性是它過(guò)去以及今后成功的關(guān)鍵。他說(shuō)，雖然人們通常將x86指令集看作是某種一成不變的規(guī)范，但是不管是指令集還是體系架構(gòu)本身，都在過(guò)去幾年里發(fā)生了巨大的變革。Rattner說(shuō)，x86在上世紀(jì)九十年代曾憑借其內(nèi)置MMX和SSE指令集擴(kuò)展，一舉提高了多媒體和通信應(yīng)用所需的速度，從而擊退了其他專(zhuān)業(yè)媒體處理器對(duì)它發(fā)起的挑戰(zhàn)。他還舉例說(shuō)明了x86體系架構(gòu)在過(guò)去幾年中新增的一些改進(jìn)功能。比如在內(nèi)存管理和虛擬化方面的硬件支持等。

Rattner指出，同樣重要的是，英特爾在x86體系架構(gòu)發(fā)展的每一個(gè)階段都保持了向后兼容的特性。指令集的發(fā)展以及產(chǎn)品系列內(nèi)部的兼容性大大擴(kuò)展了x86體系架構(gòu)的應(yīng)用范圍，將個(gè)人用戶(hù)與企業(yè)用戶(hù)、便攜式電腦和超級(jí)計(jì)算機(jī)都包括了進(jìn)來(lái)。

加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)教授David Patterson說(shuō)：“認(rèn)識(shí)到x86體系架構(gòu)并非一種凝固的設(shè)計(jì)這一點(diǎn)很重要。30多年來(lái)，它們每月都會(huì)增加一個(gè)說(shuō)明。現(xiàn)在x86指令集的說(shuō)明已經(jīng)達(dá)到500多個(gè)。每一代都會(huì)增加20到100多個(gè)。前后兼容很重要，它也一直在增加新的內(nèi)容。”