電腦硬件認識之什么是電腦的CPU

電腦硬件認識之什么是電腦的CPU

中央處理器（英文Central Processing Unit，CPU）是一臺計算

機的運算核心和控制核心。CPU、內部存儲器和敲入/輸出設備是

電子計算機三大核心部件。其功能主要是解釋計算機指令還有處

理計算機軟件中的數據。CPU由運算器、控制器和寄存器及做的

更好它們之間聯系的數據、控制及狀態的總線構成。差不多所有

的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）。 CPU根據存儲器或高速

緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存器，并對指令譯碼，并執

行指令。所謂的計算機的可編程性主要是指對CPU的編程。

一、CPU的工作原理

CPU根據存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令，放入指令寄存

器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，我們接著

看發出各種控制命令，執行微操作系列，根據而完成一條指令的

執行。

指令是計算機規定執行操作的類型和操作數的基本命令。指令

是由一個字節或者多個字節組成，其中包括操作碼字段、一個或

多個有關操作數地址的字段還有多數表征機器狀態的狀態字和特

征碼。有的指令中也直接包含操作數本身。

1.提取

第一階段，提取，根據存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令（為

數值或一系列數值）。由程序計數器（Program Counter）指定存

儲器的位臵，程序計數器保存供識別目前程序位臵的數值。換言

之，程序計數器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。

提取指令之后，程序計數器根據指令長度增加存儲器單元。指

令的提取必須常常根據比較較慢的存儲器尋找，所以導致CPU等

候指令的送入。這種疑問主要被論及在現代處理器的快取和管線

化架構。

2.解碼

CPU根據存儲器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

用數值解譯為指令。

一部分的指令數值為運算碼（Opcode），其指示要進行哪些運

算。別的的數值一般供給指令需要的信息，諸如一個加法

（Addition）運算的運算目標。我們接著看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：暫存器或存

儲器位址，以定址模式決定。

在舊的設計中，CPU里的指令解碼部分是不能夠改變的硬件設

備。但是在眾多抽象且復雜的CPU和指令集架構中，一個微程序

時經常使用來幫助轉換指令為各種形態的訊號。這些微程序在已

成品的CPU中往往能夠重寫，方便變更解碼指令。

3.執行

在提取和解碼階段之后，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。

4.寫回

最后階段，寫回，以必須格式用執行階段的結果簡單的寫回。

運算結果經常被寫進CPU內部的暫存器，以供隨后指令快速存取。

在別的案例中，運算結果可能寫進速度較慢，但空間較大且較便

宜的主記憶體中。某些類型的指令會操作程序計數器，而不直接

產生結果。這些那么稱作“跳轉”（Jumps），并在程式中帶著循

環行為、條件性執行（透過條件跳轉）和函式。

很多指令也會改變標志暫存器的狀態位元。這些標志可用來影

響程式行為，因為它們時常顯出各種運算結果。

二、CPU主頻

主頻也叫時鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用

來表示CPU的運算、處理數據的速度。

CPU的主頻=外頻×倍頻系數。 主頻和實際的運算速度存在必須

的關系，但并不可能一個簡單的線性關系. 所以，CPU的主頻與

CPU實際的運算能力是沒有直接關系的，主頻表示在CPU內數字

脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產品中，也能夠觀察我

們接著看的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現得差不多跟2.66

GHz至強（Xeon）/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大

約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的

流水線、總線等等各方面的能力指標。

三、CPU外頻

外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主

板的運行速度。通俗地說，在臺式計算機中，所說的超頻，都是

超CPU的外頻（當然那么情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相

信這點是非常非常好理解的。但對于服務器CPU來講，超頻是非

常不允許的。前面說到CPU決定著主板的運行速度，兩者是同步

運行的，可能把服務器CPU超頻了，改變了外頻，會產生異步運

行，（臺式計算機好多主板都支持異步運行）我們接著看會造成

整個服務器系統的不穩定。

目前的絕大面積計算機系統中外頻與主板前端總線不可能同步

速度的，而外頻與前端總線(FSB)頻率又很簡單被混為一談。

四、如何識別原裝的CPU

對盒裝產品而言，網民能夠參照如下做法鑒別：

1 . 根據CPU外包裝的開的小窗往里看，原裝產品CPU表面會有

編號，根據小窗往里看是能夠觀察編號的，原裝CPU的編號清晰，

而且與外包裝盒上貼的編號一致，好多翻包CPU會把CPU上的編

號磨掉，這一點注意鑒別。

2. 跟隨科技發展，造假技術越來越高，可能不能夠夠肯定所買

CPU是不可能原裝，能夠按照包裝上的說明用Intel或AMD廠商

提供的方式查詢所買CPU的真偽。

3. 除了編號之外，偽劣CPU的能力與原裝CPU的能力有必須的差

距，這一點也能夠用來鑒別真假（這是最直接的做法，但最保險

的做法或者上述的第二條）。