1.4.3 微处理器

微处理器是一块超大规模的集成电路，是计算机的核心，也称中央处理单元（Central ProcessingUnit，CPU），如图1-34所示，中央处理器主要包括控制器、运算器、寄存器以及高速缓冲存储器（Cache），它们相互配合、协调工作，其中寄存器是存放临时数据的空间。

1. CPU的主要性能指标

评价CPU的主要性能指标有主频、字长、内核数、高速缓存等。

（1）主频

主频就是CPU时钟频率，也是CPU内核的工作频率，它标识CPU的运算速度，一般以MHz和GHz为单位。GHz表示一秒内有10亿个周期。周期是微处理器最小的时间单位，微处理器进行的每一项活动都是以周期来度量。主频越高，运算速度越快。目前的CPU主频已经达到4GHz或更高。因为工艺限制和功耗的原因，CPU的主频不能无限制增长，只能限制在4GHz或稍高。

（2）字长

字长是计算机能直接处理的二进制位数，它决定计算机的运算能力，字长越长，运算精度越高。字长还决定计算机的寻址能力，字长越长，寻址能力越强，计算机能存储的数据也越多。

例如，字长为32位的处理器，能同时处理32位的数据，称为“32位处理器”。目前，64位字长的CPU已经非常普及。

（3）内核数

因为CPU的主频提高到一定程度就很难继续提高，所以CPU的运算速度遇到了瓶颈。在一台计算机中，采用多处理器并行处理的方法可以提高其计算能力。多核处理器在一个处理器中集成多个内核，通过并行处理提高计算能力，可以替代多处理器技术，从而节省空间，减小体积。内核数是目前评价CPU性能的另一个重要指标。

Intel的酷睿系列，有双核、四核甚至八核处理器，如Intel的酷睿i5就是四核处理器。

（4）高速缓存

CPU的高速缓存大小也是CPU的重要指标之一，缓存的大小对CPU运算速度的影响非常大。CPU中缓存的运行频率极高，一般与处理器同频运作，工作效率远远高于内存和硬盘。

实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块或者相近的数据块，缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本等因素，CPU中的高速缓存一般都很小，如4MB、8MB等。

2. CPU的发展

CPU的发展已有40多年的历史。1971年，Intel公司的工程师霍夫（Hoff）发明了第一个商用的4位微处理器4004，如图1-35所示，集成2 300多个晶体管，运算速度为108kHz。该芯片配上存储器、寄存器，再配上键盘和数码管等，就可以构成一台完整的计算机了。

1972年，Intel发布了8位微处理器8008，如图1-36所示，集成晶体管总数达3 500个，主频为200kHz。

随着后期推出的8位微处理器Intel 8080、16位微处理器Intel 8086，CPU市场几乎由Intel公司一统天下，Intel CPU的发展如表1-3所示。从32位微处理器开始，AMD公司异军突起，打破了Intel公司的垄断地位。AMD公司的产品如速龙系列、FX系列也得到了广泛认可，占据了相当大的市场份额。表1-4将Intel公司的酷睿i9 9980XE和AMD公司的2990WX进行比较，以进一步讲解CPU的性能指标。