CPU的用途係咩野??

Question

CPU的用途係咩野??

Answer 1

中央處理器（Central Processing Unit，CPU），或簡稱為處理器，是電腦（電腦）的主要設備之一。其功能主要是解釋電腦指令（instruction）以及處理電腦軟體中的數據。CPU為電腦設計提供了基本的數字計算特性。CPU、存儲設備和輸入/輸出設備是現代微型電腦的三大核心部件。由積體電路製造的CPU通常稱為微處理器。從20世紀70年代中期開始，單晶片微型處理器幾乎取代了所有其他類型的CPU，今天CPU這個術語幾乎成為了所有微型處理器的代稱。
「中央處理器」這個名稱，籠統地說，是對一系列可以執行複雜的電腦程序的邏輯機器的描述。這個空泛的定義很容易的將在「CPU」這個名稱被普遍使用之前的早期的電腦也包括在內。無論如何，至少從20世紀60年代早期開始(Weik 1961)，這個名稱及其縮寫已開始在電腦產業中得到廣泛應用。儘管與早期相比，「中央處理器」在物理形態，設計製造和具體任務的執行上有了戲劇性的發展，但是其基本的操作原理一直沒有改變。
早期的中央處理器通常是為大型及特定應用的電腦(港譯-電腦)而訂製。但是，這種昂貴為特定應用定製CPU的方法很大程度上已經讓位於開發便宜、標準化、適用於一個或多個目的的處理器類。這個標準化趨勢始於由單個電晶體組成的大型機和微機年代，隨着積體電路(英文integrated circuit（IC）的出現而加速。IC使得更為複雜的CPU可以在很小的空間中設計和製造（在微米的量級）。CPU的標準化和小型化都使得這一類數字設備(港譯-電子零件)在現代生活中的出現頻率遠遠超過有限應用專用的電腦。現代微處理器出現在包括從汽車到手機到兒童玩具在內的各種物品中。

運算器：算數、邏輯(部件:算數邏輯單元、累加器、暫存器組、路徑轉換器、數據匯流排)
控制器：復位、使能(部件:計數器、指令暫存器、指令解碼器、狀態暫存器、時序產生器、微操作信號發生器)
[編輯] CPU運作原理
CPU的主要運作原理，不論其外觀，都是執行儲存於被稱為程式裡的一系列指令。在此討論的是遵循普遍的馮·諾伊曼架構設計的裝置。程式以一系列數字儲存在電腦記憶體中。差不多所有的馮·諾伊曼CPU的運作原理可分為四個階段:提取(fetch)、解碼(decode)、執行(execute)和寫回(writeback)。
第一階段，提取，從程式記憶體中檢索指令(為數值或一系列數值)。由程式計數器(PC)指定程式記憶體的位置，程式計數器保存供識別目前程式位置的數值。換言之，程式計數器記錄了CPU在目前程式裡的蹤跡。提取指令之後，PC根據指令式長度增加記憶體單元[1]。指令的提取常常必須從相對較慢的記憶體尋找，導致CPU等候指令的送入。這個問題主要被論及在現代處理器的快取和管線化架構(見下)。
CPU根據從記憶體提取到的指令來決定其執行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片斷。根據CPU的指令集架構(ISA)定義將數值解譯為指令[2]。一部分的指令數值為運算碼(opcode)，其指示要進行哪些運算。其它的數值通常供給指令必要的資訊，諸如一個加法(addition)運算的運算目標。這樣的運算目標也許提供一個常數值(即立即值)，或是一個空間的定址值:暫存器或記憶體位址，以定址模式決定。在舊的設計中，CPU裡的指令解碼部分是無法改變的硬件裝置。不過在眾多抽象且複雜的CPU和ISA中，一個微程式時常用來幫助轉換指令為各種形態的訊號。這些微程式在已成品的CPU中往往可以重寫，方便變更解碼指令。
在提取和解碼階段之後，接著進入執行階段。該階段中，連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。例如，要求一個加法運算，算數邏輯單元(ALU，arithmetic logic unit)將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值，而且在輸出將含有總和結果。ALU內含電路系統，以於輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和位元運算)。如果加法運算產生一個對該CPU處理而言過大的結果，在標誌暫存器裡，運算溢出(arithmetic overflow)標誌可能會被設置(參見以下的數值精度探討)。
最終階段，寫回，以一定格式將執行階段的結果簡單的寫回。運算結果極常被寫進CPU內部的暫存器，以供隨後指令快速存取。在其它案例中，運算結果可能寫進速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體。某些類型的指令會操作程式計數器，而不直接產生結果資料。這些一般稱作「跳轉」(jumps)並在程式中帶來循環行為、條件性執行(透過條件跳轉)和函式[3]。許多指令也會改變標誌暫存器的狀態位元。這些標誌可用來影響程式行為，緣由於它們時常顯出各種運算結果。例如，以一個「比較」指令判斷兩個值的大小，根據比較結果在標誌暫存器上設置一個數值。這個標誌可籍由隨後的跳轉指令來決定程式動向。
在執行指令並寫回結果資料之後，程式計數器的值會遞增，反覆整個過程，下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。如果完成的是跳轉指令，程式計數器將會修改成跳轉到的指令位址，且程式繼續正常執行。許多複雜的CPU可以一次提取多個指令、解碼，並且同時執行。這個部分一般涉及「經典RISC管線」，那些實際上是在眾多使用簡單CPU的電子裝置中快速普及(常稱為微控制器(microcontrollers))[4]。

Answer 2

決定CPU效能技術指標
每個買CPU的消費者，第一時間要過問的就是它的效能，對於一個CPU來說，效能是否強大是它能否在市場上生存下去的第一要素，那麼CPU的效能是由哪些因素決定的咧？下面就列出影響CPU效能的主要技術指標：
1、主頻，也就是CPU的時鐘頻率，簡單地說也就是CPU的工作頻率。一般說來，一個時鐘週期完成的指令數是類BIOS的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快了。不過由於各種CPU的內部結構也不盡相同，所以並不能完全用主頻來概括CPU的效能。至於外頻就是系統總線的工作頻率；而倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。用公式表示就是：主頻=外頻×倍頻。

2、記憶體總線速度或者叫系統總線速度，一般等同於CPU的外頻。記憶體總線的速度對整個系統效能來說很重要，由於記憶體速度的發展滯後於CPU的發展速度，為了緩解記憶體帶來的瓶頸，所以出現了二級緩衝，來協調兩者之間的差異，而記憶體總線速度就是指CPU與二級(L2)高速緩衝和記憶體之間的工作頻率。
3、L1高速緩衝，也就是我們經常說的一級高速緩衝。在CPU裡面內裝了高速緩衝可以提高CPU的執行效率。內裝的L1高速緩衝的容量和結構對CPU的效能影響較大，不過高速緩衝存儲器均由靜態RAM組成，結構較複雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩衝的容量不可能做得太大。採用回寫(Write Back)結構的高速緩衝。它對讀和寫操作均有可提供緩衝。而採用寫通Write-through)結構的高速緩衝，僅對讀操作有效。在486以上的電腦中基本採用了回寫式高速緩衝。在目前流行的處理器中，奔騰Ⅲ和Celeron處理器擁有32KB的L1高速緩衝，奔騰4為8KB，而AMD的Duron和Athlon處理器的L1高速緩衝高達128KB。
4、L2高速緩衝，指CPU第二層的高速緩衝，第一個採用L2高速緩衝的是奔騰 Pro處理器，它的L2高速緩衝和CPU執行在相同頻率下的，但成本昂貴，市場生命很短，所以其後奔騰 II的L2高速緩衝執行在相當於CPU頻率一半下的。接下來的Celeron處理器又使用了和CPU同速執行的L2高速緩衝，現在流行的CPU,無論是AthlonXP和奔騰4，其L2高速緩衝都是和CPU同速執行的。除了速度以外，L2高速緩衝容量也會影響CPU的效能，原則是越大越好，現在家庭用CPU容量最大的是512KB，而伺服器和工作站上用CPU的L2高速緩衝更高達1MB-3MB。
5、流水線技術、超標量。流水線(pipeline)是 Intel首次在486晶片中開始使用的。流水線的工作方式就像工業生產上的裝配流水線。在CPU中由5~6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然後將一條X86指令分成5~6步後再由這些電路單元分別執行，這樣就能實現在一個CPU時鐘週期完成一條指令，因此提高了CPU的運算速度。超流水線是指某型 CPU內部的流水線超過通常的5~6步以上，例如奔騰 4的流水線就長達20步。將流水線設計的步(級)數越多，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應工作主頻更高的CPU。超標量是指在一個時鐘週期內CPU可以執行一條以上的指令。這在486或者以前的CPU上是很難想像的，只有奔騰級以上CPU才具有這種超標量結構；這是因為現代的CPU越來越多的採用了RISC技術，所以才會有超標量的CPU。
6、協處理器或者叫數學協處理器。在486以前的CPU裡面，是沒有內裝協處理器的。由於協處理器主要的功能就是負責浮點運算，因此386、286、8088等等微機CPU的浮點運算效能都相當落後，自從486以後，CPU一般都
內裝了協處理器，協處理器的功能也不再局限於增強浮點運算。現在CPU的浮點單元（協處理器）往往對多媒體指令進行了最佳化。比如Intel的MMX技術，MMX是「多媒體擴展指令集」的縮寫。MMX是Intel公司在1996年為增強奔騰 CPU在音像、圖形和通信套用方面而採取的新技術。為CPU新增加57條MMX指令，把處理多媒體的能力提高了60％左右。現在的CPU已經普遍內裝了這些多媒體指令集，例如現在奔騰4內裝了SSE2指令集，而AthlonXP則內裝增強型的3DNow!指令集。
7、工作電壓。工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。早期CPU（386、486）由於工藝落後，它們的工作電壓一般為5V（奔騰等是3.5V/3.3V/2.8V等），隨著CPU的製造工藝與主頻的提高，CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢，Intel最新出品的Tualatin核心Celeron已經採用1.475V的工作電壓了。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題。這對於筆記型電腦尤其重要。
8、亂序執行和分枝預測，亂序執行是指CPU採用了允許將多條指令不按程序規定的順序分開傳送給各相應電路單元處理的技術。分枝是指程序執行時需要改變的節點。分枝有無條件分枝和有條件分枝，其中無條件分枝只需要CPU按指令順序執行，而條件分枝則必鬚根據處理結果再決定程序執行方向是否改變，因此需要「分枝預測」技術處理的是條件分枝。
9、製造工藝，製造工藝雖然不會直接影響CPU的效能，但它可以可以極大地影響CPU的集成度和工作頻率，製造工藝越精細，CPU可以達到的頻率越高，集成的晶體管就可以更多。第一代奔騰 CPU的製造工藝是0.35微
米， 最高達到266Mhz的頻率，PII和賽揚是0.25微米，頻率最高達到450Mhz。銅礦核心的奔騰Ⅲ製造工藝縮小到了0.18微米，最高頻率達到1.13Ghz。最新Northwood核心的奔騰4 CPU製造工藝達到0.13微米，目前頻率已經達到2.4Ghz，估計達到3Ghz也沒有問題。在明年，Intel CPU的製造工藝會達到0.09毫米。

Embedded Chips(嵌入式)
一種特殊用途的CPU，通常放在非電腦系統，如：家用電器。