CPU 基础 冯诺依曼架构 Intel AMD 80586 奔腾 算术逻辑单元ALU、存储单元Memory Unit和Control Unit控制单元 Cache缓存 SIMD

CPU 基础

CPU是Central Processing Unit（中央处理器）的简称，它负责执行指令和计算，控制着计算机的所有组件。CPU从无到有，从弱小到强大，经历了漫长发展过程，其间发生了无数的故事。

在本节将着重介绍CPU基础内容，从CPU的发展历史入手，看看世界上第一块CPU是怎么诞生的，再到当代CPU的组成，为什么CPU能为我们的电脑处理那么多的事情？带着这些疑问我们开始今天的内容。

CPU，即Central Processing Unit，中央处理器的简称，是电脑系统的核心部件，主要负责执行指令和进行计算，控制计算机的所有组件。从早期的简单形态到现今的高性能状态，CPU经历了漫长且充满创新的发展历程。

世界上最早的CPU可以追溯到早期的计算设备中，尽管当时的它们与现代的CPU相比显得较为简陋，但已经具备了基本的运算和控制功能。随着技术的不断进步，CPU的性能得到了极大的提升，功能也愈发强大。

当代CPU的组成相当复杂，主要包括以下几个部分：

寄存器：用于暂存指令数据等处理对象，可以看作是内存的一种，CPU内部会有多个寄存器以支持其复杂的运算和控制功能。
控制器：负责把内存上的指令、数据等读入寄存器，并根据指令的执行结果来控制整个计算机。
运算器：负责运算从内存读入寄存器的数据。
时钟：负责发出CPU开始计时的时钟信号，确保各个部件能够协同工作。
此外，CPU还包括算术逻辑单元（ALU）和缓存等组件。算术逻辑单元负责执行所有的算术和逻辑运算，而缓存则提供快速的数据存取，减少CPU和主内存之间的数据传输延迟。

CPU的工作原理是，从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。然后，把指令分解成一系列的微操作，发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。

随着计算机技术的不断发展，CPU也在不断地发展和进化。未来的CPU可能会拥有更多的核心数量，实现更高的集成度，同时还会注重节能环保等方面的优化。

CPU发展历史和组成

回顾历史，世界上第一台真正意义上的计算机ENIAC：(Electronic Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机），于1946年在美国宾夕法尼亚大学投入运行，采用十进制进行数据存储。最初也专门用于火炮弹道计算，后经多次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。这台完全采用电子线路执行算术运算、逻辑运算和信息存储的计算机，运算速度比继电器计算机快1000倍。ENIAC的发明，奠定了电子计算机的发展基础，开辟了信息时代的新纪元，是人类第三次产业革命开始的标志，具有重要的历史意义。

回顾历史，世界上第一台真正意义上的计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机）于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生，这一划时代的发明标志着计算机时代的开启，为人类带来了前所未有的计算和处理能力。

ENIAC采用了大量的电子管作为计算元件，并使用十进制进行数据存储，这在当时是一个巨大的创新。它的体积庞大，包含了数以万计的部件，但其运算速度却比当时的继电器计算机快了1000倍，展现了电子计算机的强大潜力。

最初，ENIAC被专门设计用于火炮弹道计算，以满足军事需求。然而，随着其技术的不断发展和改进，它逐渐成为了能够进行各种科学计算的通用计算机，为科学研究和技术发展提供了强大的支持。

ENIAC的发明不仅奠定了电子计算机的发展基础，更开辟了信息时代的新纪元。它的出现极大地推动了人类社会的进步，使得信息的处理和存储变得更加高效和便捷。同时，它也标志着人类第三次产业革命的开始，为后续的计算机技术和信息技术的发展奠定了坚实的基础。

与ENIAC不同且更为人知的是EDVAC：（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，电子离散变量自动计算机）。1945年3月由冯·诺伊曼本人与莫奇利、埃克特等提出，1951年最终完成。EDVAC是二进制串行计算机，具有加减乘和软件除的功能。一条加法指令约864微秒，乘法指令2900微秒（或2.9毫秒）。 使用延迟线存储器，具有1000个44位（bit）的字。这是世界上首次提出的第一台采用二进制的冯·诺依曼计算机，由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备5部分组成，也就是我们熟知的冯·诺依曼架构。这种体系结构一直延续至今，现在使用的计算机，其基本工作原理仍然是存储程序和程序控制，所以现在一般计算机被称为冯诺依曼结构计算机。鉴于冯诺依曼在发明电子计算机中所起到关键性作用，他被西方人誉为"计算机之父"。（他在数学和经济学领域的贡献也很卓著，被称为“博弈论之父”。）

有了冯·诺依曼架构所奠定的基础，CPU架构也就逐渐向着近现代发展，接下来我们按照几个重要时间点来回顾一下CPU的发展历史。在1971年，世界上第一个CPU——4004，在Intel公司诞生了。虽然相比于现在的CPU，它无论是功能还是运行速度都弱小的十分可怜。但他出现却具有划时代的意义。随后Intel又接着推出了16位的微处理器i8088在接下来的十