CPU通常包含以下幾個主要部件：
1. **控制單元（Control Unit）：** 控制單元負(fù)責(zé)解析并執(zhí)行存儲在內(nèi)存中的程序指令。它從內(nèi)存中讀取指令，解碼指令的操作碼和操作數(shù)，并控制數(shù)據(jù)流向和控制信號的生成，以確保指令正確執(zhí)行。
2. **算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）：** 算術(shù)邏輯單元執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，包括加法、減法、乘法、除法、與、或、非等。它負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的運(yùn)算和邏輯判斷，以完成各種計算任務(wù)。
3. **寄存器（Registers）：** 寄存器是CPU內(nèi)部用于暫存數(shù)據(jù)和指令的高速存儲單元。CPU中包含多個寄存器，如程序計數(shù)器（Program Counter，PC）、指令寄存器（Instruction Register，IR）、累加器（Accumulator）、通用寄存器等，用于存儲臨時數(shù)據(jù)和控制信息。
CPU的工作原理是根據(jù)程序指令序列執(zhí)行一系列操作，包括取指令、解碼指令、執(zhí)行指令和更新狀態(tài)等。它通過與內(nèi)存、輸入輸出設(shè)備和其他外部設(shè)備的交互，實現(xiàn)計算機(jī)系統(tǒng)的各種功能和應(yīng)用。
CPU的性能通常通過時鐘頻率、指令執(zhí)行速度和多核數(shù)量等指標(biāo)來衡量。隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的增長，CPU不斷發(fā)展，從單核到多核、從CISC架構(gòu)到RISC架構(gòu)等，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。
上文：現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)
操作系統(tǒng)與運(yùn)行操作系統(tǒng)的內(nèi)核硬件關(guān)系密切。操作系統(tǒng)擴(kuò)展了計算機(jī)指令集并管理計算機(jī)的資源。因此，操作系統(tǒng)因此必須足夠了解硬件的運(yùn)行，這里我們先簡要介紹一下現(xiàn)代計算機(jī)中的計算機(jī)硬件。
從概念上來看，一臺簡單的個人電腦可以被抽象為上面這種相似的模型，CPU、內(nèi)存、V/O 設(shè)備都和總線串聯(lián)起來并通過總線與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
CPU 是計算機(jī)的大腦，它主要和內(nèi)存進(jìn)行交互，從內(nèi)存中提取指令并執(zhí)行它。
一個 CPU 的執(zhí)行周期是從內(nèi)存中提取第一條指令、解碼并決定它的類型和操作數(shù)，執(zhí)行，然后再提取、解碼執(zhí)行后續(xù)的指令，重復(fù)該循環(huán)直到程序運(yùn)行完畢。
每個 CPU 都有一組可以執(zhí)行的特定指令集。因此，x86 的 CPU 不能執(zhí)行 ARM 的程序并且 ARM 的 CPU 也不能執(zhí)行 x86 的程序。
由于訪問內(nèi)存獲取執(zhí)行或數(shù)據(jù)要比執(zhí)行指令花費(fèi)的時間長，因此所有的 CPU 內(nèi)部都會包含一些寄存器來保存關(guān)鍵變量和臨時結(jié)果。因此，在指令集中通常會有一些指令用于把關(guān)鍵字從內(nèi)存中加載到寄存器中，以及把關(guān)鍵字從寄存器存入到內(nèi)存中。還有一些其他的指令會把來自寄存器和內(nèi)存的操作數(shù)進(jìn)行組合，例如 add 操作就會把兩個操作數(shù)相加并把結(jié)果保存到內(nèi)存中。
除了用于保存變量和臨時結(jié)果的通用寄存器外，大多數(shù)計算機(jī)還具有幾個特殊的寄存器，這些寄存器對于程序員是可見的。其中之一就是程序計數(shù)器(program counter），程序計數(shù)器會指示下一條需要從內(nèi)存提取指令的地址。提取指令后，程序計數(shù)器將更新為下一條需要提取的地址。
另一個寄存器是堆棧指針(stack pointer)，它指向內(nèi)存中當(dāng)前棧的頂端。堆棧指針會包含輸入過程中的有關(guān)參數(shù)、局部變量以及沒有保存在寄存器中的臨時變量。
還有一個寄存器是 PSWProgram Status Word）程序狀態(tài)字寄存器，這個寄存器是由操作系統(tǒng)維護(hù)的8個字節(jié)(64位) long 類型的數(shù)據(jù)集合。它會跟蹤當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)。除非發(fā)生系統(tǒng)結(jié)束，否則我們可以忽略 PSW。用戶程序通常可以讀取整個PSW，但通常只能寫入其某些字段。PSW 在系統(tǒng)調(diào)用和1/0 中起著重要作用。
操作系統(tǒng)必須了解所有的寄存器。在時間多路復(fù)用(time multiplexing)的 CPU 中，操作系統(tǒng)往往停止運(yùn)行一個程序轉(zhuǎn)而運(yùn)行另外一個。每次當(dāng)操作系統(tǒng)停止運(yùn)行一個程序時，操作系統(tǒng)會保存所有寄存器的值，以便于后續(xù)重新運(yùn)行該程序。
為了提升性能，CPU 設(shè)計人員早就放棄了同時去讀取、解碼和執(zhí)行一條簡單的指令。許多現(xiàn)代的 CPU 都具有同時讀取多條指令的機(jī)制。
例如，一個 CPU 可能會有單獨(dú)訪問、解碼和執(zhí)行單元，所以，當(dāng) CPU 執(zhí)行第 N 條指令時，還可以對N+1條指令解碼，還可以讀取 N+2 條指令。像這樣的組織形式被稱為流水線(pipeline)：
比流水線更先進(jìn)的設(shè)計是超標(biāo)量(superscalar)CPu，下面是超標(biāo)量 CPU的設(shè)計
在上面這個設(shè)計中，存在多個執(zhí)行單元，例如，一個用來進(jìn)行整數(shù)運(yùn)算、一個用來浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、一個用來布爾運(yùn)算。兩個或者更多的指令被一次性取出、解碼并放入緩沖區(qū)中，直至它們執(zhí)行完畢。只要一個執(zhí)行單元空閑，就會去檢查緩沖區(qū)是否有可以執(zhí)行的指令。如果有，就把指令從緩沖區(qū)中取出并執(zhí)行。
這種設(shè)計的含義是應(yīng)用程序通常是無序執(zhí)行的。在大多數(shù)情況下，硬件負(fù)責(zé)保證這種運(yùn)算的結(jié)果與順序執(zhí)行指令時的結(jié)果相同。
除了用在嵌入式系統(tǒng)中非常簡單的 CPU 之外，多數(shù) CPU 都有兩種模式，即前面已經(jīng)提到的內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。
通常情況下，PSW 寄存器中的一個二進(jìn)制位會控制當(dāng)前狀態(tài)是內(nèi)核態(tài)還是用戶態(tài)。當(dāng)運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)時，CPU 能夠執(zhí)行任何指令集中的指令并且能夠使用硬件的功能。在臺式機(jī)和服務(wù)器上，操作系統(tǒng)通常以內(nèi)核模式運(yùn)行，從而可以訪問完整的硬件。在大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中，一部分運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)下，剩下的一部分運(yùn)行在用戶態(tài)下。
用戶應(yīng)用程序通常運(yùn)行在用戶態(tài)下，在用戶態(tài)下，CPU 只能執(zhí)行指令集中的一部分并且只能訪問硬件的一部分功能。一般情況下，在用戶態(tài)下，有關(guān) V/O 和內(nèi)存保護(hù)的所有指令是禁止執(zhí)行的。當(dāng)然，設(shè)置 PSW 模式的二進(jìn)制位為內(nèi)核態(tài)也是禁止的。
為了獲取操作系統(tǒng)的服務(wù)，用戶程序必須使用系統(tǒng)調(diào)用(system call），系統(tǒng)調(diào)用會轉(zhuǎn)換為內(nèi)核態(tài)并且調(diào)用操作系統(tǒng)。TRAP 指令用于把用戶態(tài)切換為內(nèi)核態(tài)并啟用操作系統(tǒng)。當(dāng)有關(guān)工作完成之后，在系統(tǒng)調(diào)用后面的指令會把控制權(quán)交給用戶程序。我們會在后面探討操作系統(tǒng)的調(diào)用細(xì)節(jié)。
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今天來給大家簡單科普一下CPU的相關(guān)知識吧。首先，CPU是做什么的？
CPU簡介（摘自百度百科）中央處理器（CPU），是電子計算機(jī)的主要設(shè)備之一，電腦中的核心配件，其功能主要是解釋計算機(jī)指令以及處理計算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。在計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，CPU 是對計算機(jī)的所有硬件資源（如存儲器、輸入輸出單元） 進(jìn)行控制調(diào)配、執(zhí)行通用運(yùn)算的核心硬件單元，是計算機(jī)的運(yùn)算和控制核心。
簡單來說，我們操作電腦，就相當(dāng)于給電腦出了一道又一道的“題目”，而CPU就負(fù)責(zé)“解題”——是不是和我們的大腦功能很相似呢？
因此，在電腦（尤其是DIY臺式機(jī)）的選購中，選好一款合適的CPU是非常重要的。CPU如何命名？CPU的命名有什么玄機(jī)？相信你看了下面一段就能明白。
CPU叫這些名字
目前PC界有兩家主要的CPU廠商，分別是“藍(lán)廠”——Intel：
和“紅廠”——AMD：
先看看CPU“姓”什么吧。下圖展示這兩家近幾年的產(chǎn)品系列，一些太古老的就不列入其中了：
現(xiàn)階段電腦的CPU主要采用酷睿和銳龍的CPU，別的系列用的不多，像至強(qiáng)E3、A系列APU，F(xiàn)X“農(nóng)機(jī)系列”現(xiàn)在都已經(jīng)“停更”了。
試一試
找出下圖中配置單和筆記本電腦配置表中的CPU：
答案如下：
這些都是CPU！相信以后看到一臺電腦的配置表，你可以第一時間找到CPU型號了。
了解完CPU“姓”什么之后，我們需要進(jìn)一步了解它的“全名”。CPU的全名由以下幾個部分組成：
PS：Intel的移動端CPU會用不同數(shù)字代表不同的功耗，比如i5-1135G7就代表TDP=12-28W，而i5-1130G7就代表TDP=7-15W。
看到這里，相信CPU的名字對于你來說，不是什么“謎語”了。
CPU后綴的學(xué)問
由于CPU的后綴相當(dāng)復(fù)雜，所以這里獨(dú)立用一節(jié)來解釋。先看桌面端CPU（臺式機(jī)）的吧：
AMD和Intel桌面端后綴的最大區(qū)別，就是Intel家沒有后綴的CPU不能超頻，只有帶K的和帶X/XE的可以超；而AMD銳龍和線程撕裂者系列，無論什么后綴，全系列支持超頻。
再來看看移動端CPU（筆記本電腦）的后綴吧：
移動端CPU的后綴比較復(fù)雜，尤其是Intel的。Intel在10代和11代低壓酷睿采用了一種全新的命名方式——即用不同的定位名區(qū)分不同功耗的CPU，而后綴則用來區(qū)分核顯，比如i5-1035G7，核顯性能強(qiáng)于i5-1035G4。
隨著CPU性能的發(fā)展和輕薄本散熱性能的提高，“低壓”和“標(biāo)壓”的鴻溝逐漸模糊，買筆記本的時候更應(yīng)該關(guān)注能“跑到多少W”，而不是“標(biāo)壓/低壓”。
▲小新Pro14宣傳圖
從命名看性能
廠商給CPU命名，自然是希望消費(fèi)者能一眼看出性能差別（不過我覺得這一目的沒有達(dá)到），我們應(yīng)該怎樣判斷CPU的性能呢？
還是從這張圖入手：
例：R9 5900X>R7 5800X
例：R7 5800X>R7 3800X
例：R9 5950X>R9 5900X
例：i5-10600K>i5-10400F
那不同代際的不同定位之間，不同廠商之間的CPU怎么比較性能呢？這個時候就需要一份“天梯圖”了。
我個人推薦使用超能網(wǎng)的天梯圖：
入口：https://topic.expreview.com/CPU/
這份天梯比較詳細(xì)，可供的CPU也比較齊全。
影響CPU性能的因素
在我看來，CPU的性能主要由以下幾個因素決定（重要程度從上到下）：
決定CPU性能的最重要因素，體現(xiàn)CPU廠商功力。
拋開架構(gòu)看核心和主頻是不合理的，當(dāng)年AMD“農(nóng)機(jī)時代”，多核高頻，游戲性能還比不如同時代的i3。同一代CPU的架構(gòu)一般是一樣的，不同陣營的CPU可以通過評測來了解具體的架構(gòu)。
▲AMD最新的Zen3架構(gòu)
IPC，英文全稱“Instruction Per Clock”，中文翻譯過來就是每個時鐘的指令，代表了一款CPU的設(shè)計架構(gòu)。CPU性能判斷標(biāo)準(zhǔn)公式是CPU性能=IPC(CPU每一時鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令多少)×頻率(MHz時鐘速度)。
IPC越強(qiáng)，CPU性能就越強(qiáng)，因此Intel和AMD兩家都在不遺余力地提升自家CPU的IPC。
一般來說，制程越先進(jìn)，數(shù)值就越小，相同面積下能容納的晶體管數(shù)量就越多，CPU性能越強(qiáng)。比如同樣是4核心的CPU，7nm比14nm的要強(qiáng)得多。
從占地足足150平方米的“ENIAC”到現(xiàn)在小巧的PC，電腦體積之所以能越來越小，和CPU制程的發(fā)展息息相關(guān)。
核心數(shù)很直觀，就是物理核心數(shù)，多少核就是多少核，如假包換。
現(xiàn)在不少CPU都有“超線程”技術(shù)，所謂超線程，就是一種提高核心利用率的方式，簡而言之就是能將一個物理核心虛擬成兩個線程，任務(wù)管理器看到的“框框”數(shù)目就是線程數(shù)。
注意：超線程只是一種提高核心利用率的技術(shù)，本質(zhì)上不能代替物理核心！比如同種架構(gòu)之下，4核心8線程，性能是不如6核6線程的。
主頻就是“核心速度”，顯示的是當(dāng)前狀態(tài)下CPU的工作頻率。一般來說，主頻越高，運(yùn)行速度越快，就好比汽車發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)速越快，車速自然也就越快。
有一些比較老的軟件或者電腦書籍，會要求“主頻XXGHz”，但現(xiàn)在CPU的頻率并不是一成不變的，有一個叫“睿頻”的技術(shù)，無論Intel還是AMD都有，當(dāng)需要的時候，CPU主頻會自動上去的。為了減少功耗，CPU是不會長時間高頻率運(yùn)行的。
CPU高速緩存是用于減少處理器訪問內(nèi)存所需平均時間的部件。當(dāng)處理器發(fā)出內(nèi)存訪問請求時，會先查看緩存內(nèi)是否有請求數(shù)據(jù)。如果存在（命中），則不經(jīng)訪問內(nèi)存直接返回該數(shù)據(jù)；如果不存在（失效），則要先把內(nèi)存中的相應(yīng)數(shù)據(jù)載入緩存，再將其返回處理器。
緩存越大，CPU就可以更加從容地處理數(shù)據(jù)，不需要每次都訪問內(nèi)存，能在一定程度上降低延遲，提升使用體驗。
Q：i7一定比i5好嗎？
A：不一定，一切以天梯為準(zhǔn)，比如i5 8600K就強(qiáng)于i7 7700K。而同一代，同一平臺的CPU，i7>i5>i3。
Q：筆記本低壓CPU就是垃圾？
A：不是的，現(xiàn)在筆記本低壓和標(biāo)壓的界限越來越模糊，主要看功耗。
Q：AMD的CPU跟NVIDIA的顯卡兼容不？
A：目前無論是N卡還是AMD的顯卡，接口是一樣的，都兼容。
Q：核心越多越好？主頻越高越好？
A：是的。但是僅限于同種架構(gòu)的CPU進(jìn)行比較，拋開架構(gòu)比較就是耍流氓。當(dāng)年FX9590，八核全核心5GHz，其綜合性能跟自家R5 1400差不多，游戲性能被吊打。
Q：散片就是山寨，小作坊產(chǎn)品？
A：不是，目前CPU除了Intel和AMD，別家沒有能力去山寨