比呀比海外购靠谱吗:CPU计算原理是？

比如 计算 加减乘除，开方等等，为何CPU能以非常快的速度算出答案？
而CPU的速度有极限吗？限制是甚麽？

哪里有那么多要知道的，其实计算机的CPU只会做加法，它只知道1+1=10（二进制）其他的工作是由CPU的指令系统（控制单元）来完成的，比如乘法——把一个二进制数乘以二，就是把一个二进制数左边移一位，除法刚好相反，右移一位。

比如求一个数的10倍：
先给这个数字左移2次=原来数字乘以2，
然后把乘以2的结果放在寄存器里（存储单元），
再给这个数先左移2次=原来数的4倍，
然后，在给这个数字乘以2=原来数的8倍，
最后加上存放在寄存器里面的两倍就=原来数字的10倍了。
这些都是由CPU的指令系统控制的，在做逻辑运算的时候（就是逻辑控制单元）在起作用了，其实就是一些奇怪的加法比如：
与运算就会被规定两个不一样的数字进行比较结果为0
或运算：
两个不一样的数字比较，只要有一个不为“0”那么，结果就不为“0”

CPU的速度取决于两个方面的因素：
1、内部因素：
比如CPU的制作工艺：二级缓存的大小，运算频率的高低等等

指令系统的设计：有没有多媒体指令系统，指令的长度，是32位的指令系统，还是64位指令系统，每次处理的二进制位数是8位，6位、32位、64位、还是128位等等。

2、外部因素：
说是外部因素也不完全准确，最明显的——前端总线的限制，分两种：
（1）CPU的前端总线高，主板支持的前端总线低，就好像往一个大瓶子里便灌水的过程CPU的前端总线是瓶子主板的总线频率就是水流，水流越小灌得就慢，就是说运行的速度就慢。
（2）CPU的前端总线低，主板支持的高，就好像用一个消防栓给一个毛细吸管里边灌水一样，水再大也没有地方装所以慢。

楼上的提到了超频，可能一般人不太明白
简单解释一下：就好像你有一头小毛驴，突然有一天你它跑得慢了，于是找了一根鞭子，打他一下，驴子就跑得飞快了，CPU好比驴子鞭子好比跳线（用来改变CPU的工作模式），实际上是改变了加在CPU针脚上的电压，所以超频后会发热，时间长了就会像驴子一样被“打得遍体鳞伤”
所以在超频的时候一定要把散热工作做足，不然驴子就罢工了。

在了解CPU工作原理之前，我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的。CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应！这样，计算机就具备了处理信息的能力。

??但你不要以为，只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单，其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的。在晶体管之前，计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来，科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中，这样便创作出第一个集成电路，再后来才有了微处理器。

??看到这里，你一定想知道，晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢？其实，所有电子设备都有自己的电路和开关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置为OFF，电子将停止流动，如果你再将其设置为ON，电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样，晶体管的ON状态用“1”来表示，而OFF状态则用“0”来表示，就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况，将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子，十进位中的1在二进位模式时也是“1”，2在二进位模式时是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此类推，这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值，也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制，晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。

CPU是Central Processing Unit的缩写，是中央处理器的意思。我们经常听人谈到的486,Pentium就是CPU 。CPU是一个电子元件，其规格就标注在元件上或元件的包装盒上，如i80486DX2-66这行编号就代表了这颗处理器是Intel公司制造的486等级的CPU，它的最高工作频率是66Mhz；又如K6-200的CPU，代表了这颗是AMD公司制造的586MMX级的CPU，它的最高工作频率是200Mhz。
CPU的工作原理其实很简单,它的内部元件主要包括：控制单元，逻辑单元，存储单元三大部分。指令由控制单元分配到逻辑运算单元，经过加工处理后，再送到存储单元里等待应用程序的使用。

为了增加CPU的执行效能各厂商发展出很多技术。例如：

1、多个运算单元同时进行运算。
2、管线功能：让指令或资料同时多笔准备好。
3、预先存取功能：当程序或资料还没有执行到时，便预先取得并存于CPU内。
4、预测功能：预测程序会执行的路径预先把资料先取回来。
5、多媒体功能：把一些以往由专业多媒体芯片的功能加入CPU。 例如 Intel 的 MMX。

以下是常见的CPU厂家：

1、Intel
2、AMD
3、Cyrix（已被VIA收购）
4、IDT（已被VIA收购）

评判CPU的性能好坏的几个主要参数包括超频、内存总线速度、扩展总线速度、工作电压、地址总线宽度、数据总线宽度、内置协处理器、超标量、L1高速缓存、采用回写。超频：CPU的频率包括主频、外频、倍频。外频即系统总线的工作频率，主频即CPU内部的工作频率：外频=主频×倍频。现在一般的标准外频包括66Mhz 133Mhz 100Mhz。标准的倍频包括：2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等。

“超频”乃是当前众多DIYer们的口头禅，但同时又令许多对电脑了解不多的人感到困惑。下面我就简单为大家介绍一下“超频”。

“超频”就是强制CPU在高于标称频率的频率下工作，通过提高计算机主频来提高计算机的性能。但现在DIYer们已把超频扩到了更大的领域，除了CPU，AGP卡、PCI介面卡、DRAM甚至于硬盘等都因为CPU外频提升而工作在规格以上的频率，从广义上讲这都叫做超频。

下面我就先从CPU的超频谈起。提高CPU的工作频率有两种方法：提高倍频系数和提高外部总线频率。

外部总线频率就是我们常说的66MHz、75MHz、83MHz、100MHz，甚至更高。倍频系数就是CPU的工作频率和CPU内部频率的比值，比如3倍频、3. 5倍频等。如赛扬300A的工作频率是300Mhz，其内部频率是66Mhz，倍频数为4.5。那么是否每一个CPU都能超频，超频又需要什么条件呢？一般来说Intel公司生产的CPU的超频性能最好，一般都可以稳定地向上超两个等级；而其他几家的产品超频性则弱的多，有些甚至根本不能超。因为超频会使CPU和电脑的其它部件在超额状态下工作，所以选用质量好的部件是超频成功的关键。

为了超频，一般来说名牌主板是你最好的选择，如升技的BH6、BX2，技嘉的GBBX2000，华硕的P2B等，他们不仅做工精良，且支持多种外频。名牌主板虽然性能优异，但价格昂贵，如果囊中羞涩，则可选择较便宜的主板，如华基、麒麟等，它们也有不错的超频能力。此外，在选择主板时，最好选择具有软跳线功能的主板。使用软跳线的主板在改变CPU工作频率时就不用在复杂的主板电路上寻觅那些不起眼的跳线了。

超频的另一瓶颈就是内存，早期的72线EDO内存超频能力一般，最多能上到75Mhz外频，能跑83Mhz外频的少之又少。现在的168线SDRAM内存又分为PC100和非PC100两种。一般来说PC100的要比非PC100的贵几十元。不过为了机器能够稳定地运行在100MHz或更高频率上，PC100内存是必不可少的。PC100内存又有不同的规格，它们的速度不一样。从理论上说，CPU要想稳定地运行在100MHz外频下，内存速度必须是-10以上的。（所谓-10就是指内存的工作周期为10ns，以下同理。）因为1秒除以100M等于10纳秒。同理，你若想使用125MHz外频，则内存速度必须是-8以上的。现在市面上的内存有不少标称自己是-7的，但实际上只有三星的KMXXXSXXXXBT－G7等几个名牌型号才是真正的7ns的，其它的则都是奸商们通过打磨，使10ns的 SDRAM产品披上了7ns的外衣。

硬盘也是超频路上的一道坎。总的来说，各种硬盘的较新型号都有较强的超频能力，而早期产品则超频性能不佳。在各种硬盘中，笔者向大家推荐昆腾系列硬盘，一直以来昆腾就以较强的超频能力著称于世。尤其是其火球七代和火球八代超频性能更是出众。

超频成功与否还与其他设备密切相关。在一台计算机中还有各种各样的板卡。它们采用不同的总线接口，如现在流行的AGP显卡。AGP接口的标准频率是66.6MHz，它的工作频率与CPU的外部总线频率之比是1：1或1.5：1。当CPU工作在133MHz外频时，它的工作频率将会高达88.6MHz，这对AGP显卡来说无疑是一种考验。当使用 PCI卡时，如工作频率达到100MHz，则会使用3分频，既100除以3，等于33.3MHz。所以在133MHz下，PCI卡的工作频率将是44.3MHz，高于标准的33.3MHz达30%，如此苛刻的条件并不是每一种PCI卡都能承受的。

如果你的电脑配件都能达到上述条件，那么恭喜你，你已经达到了超频的基本条件。但这并不意味着你的超频一定成功。使电脑各部件超负荷运转，必然会产生大量的热。而热则是各种电子部件的大敌，当温度达到80摄氏度，就会发生电子转移现象，从而损坏设备。用手摸摸你的CPU吧，如果它的表面温度已达到了50至60摄氏度，则它的内部温度已经到了80摄氏度，这已经是危险温度了。所以好的降温设备是超频者必不可少的。

CPU的内部结构可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，三个部分相互协调，便可以进行分析，判断、运算并控制计算机各部分协调工作。其中运算器主要完成各种算术运算(如加、减、乘、除)和逻辑运算( 如逻辑加、逻辑乘和非运算); 而控制器不具有运算功能,它只是读取各种指令,并对指令进行分析,作出相应的控制。通常,在CPU中还有若干个寄存器,它们可直接参与运算并存放运算的中间结果。CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（程序指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储单元）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。在这个过程中，从控制单元开始，CPU就开始了正式的工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作的结束。数据从输入设备流经内存，等待CPU的处理，这些将要处理的信息是按字节存储的，也就是以8位二进制数或8比特为1个单元存储，这些信息可以是数据或指令。数据可以是二进制表示的字符、数字或颜色等等。而指令告诉CPU对数据执行哪些操作，比如完成加法、减法或移位运算。假设在内存中的数据是最简单的原始数据。首先，指令指针（Instruction Pointer）会通知CPU，将要执行的指令放置在内存中的存储位置。因为内存中的每个存储单元都有编号（称为地址），可以根据这些地址把数据取出，通过地址总线送到控制单元中，指令译码器从指令寄存器IR中拿来指令，翻译成CPU可以执行的形式，然后决定完成该指令需要哪些必要的操作，它将告诉算术逻辑单元（ALU）什么时候计算，告诉指令读取器什么时候获取数值，告诉指令译码器什么时候翻译指令等等。假如数据被送往算术逻辑单元，数据将会执行指令中规定的算术运算和其他各种运算。当数据处理完毕后，将回到寄存器中，通过不同的指令将数据继续运行或者通过DB总线送到数据缓存器中。基本上，CPU就是这样去执行读出数据、处理数据和往内存写数据3项基本工作。但在通常情况下，一条指令可以包含按明确顺序执行的许多操作，CPU的工作就是执行这些指令，完成一条指后，CPU的控制单元又将告诉指令读取器从内存中读取下一条指令来执行。这个过程不断快速地重复，快速地执行一条又一条指令，产生您在显示器上所看到的结果。我们很容易想到，在处理这么多指令和数据的同时，由于数据转移时差和CPU处理时差，肯定会出现混乱处理的情况。为了保证每个操作准时发生，CPU需要一个时钟，时钟控制着CPU所执行的每一个动作。时钟就像一个节拍器，它不停地发出脉冲，决定CPU的步调和处理时间，这就是CPU的标称速度，也称为主频。主频数值越高，表明CPU的工作速度越快。

CPU品质的高低直接决定了一个计算机系统的档次，而 CPU的主要技术特性可以反映出CPU的大致性能。

1、位、字节和字长

CPU可以同时处理的二进制数据的位数是其最重要的一个品质标志。人们通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的C

PU可以同时处理16位、32位的二进制数据。早期有代表性的IBM PC/XT、IBM PC/AT与

286机是16位机,386机和486机是32位机,586机则是64位的高档微机。

CPU按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等。

位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是一“位”。

字节和字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字节的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个宇节，而32位的CPU一次就能处理4个宇节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。