Central Processing Unit（CPU）：中央處理器，PC的大腦，是計算機中處理數據的地方，同時也是性能和價格的決定因素。
在過去的一年中，CPU的速度已從600 MHz飆升至1 GHz。到今年年底，CPU的速度有望突破1.5 GHz大關。CPU的速度競賽仍在繼續，但是有一點要注意：你的CPU的性能絕不僅僅是由MHz或者GHz前面的數字來決定的――那只是商家用來吹噓的賣點。隨著晶片運算速度的加快以及在應用中對性能需求的增加，你比以往任何時候更需要了解在你的CPU中到底發生著什麼事情。
以下是你所應該知道的：
?CPU的三項基本功能：讀數據、處理數據以及把數據寫到存儲器中。
?CPU的原始頻率是由兆赫茲的數量決定的，但是其它的因素，例如設計方法，也同樣的影響著晶片的性能。
?你為你的PC選擇什麼樣的CPU取決於你將願意花多少錢，以及你打算用PC來幹什麼。
一、物理結構
在你了解你的CPU如何工作以前，你應該知道它是由什麼製成的。CPU是由數百萬在顯微鏡下才能看得見的電晶體，經過化學的和照相平板印刷的過程，蝕刻到一塊磨光了的只有你拇指甲蓋大小的矽片上而形成的。
那些微小的電晶體用來存儲表示0、1的電荷，而0、1則構成了計算機所能使用的二進位語言。成組的電晶體連在一起存儲數據；它們還對數據進行邏輯的和數學的計算，並且藉助於一個石英的晶體鍾，像同步的遊泳者一樣協調一致地發揮作用。簡言之，它們能夠處理數據。
二、CPU的組成
CPU處理存儲在內存單元上的信息。那些信息可以是數據，也可以是指令。數據是一個二進位表達式，例如表示字母、數字和顏色。而指令則告訴CPU如何處理這些數據，例如對它們進行加、減或者移動等操作。
CPU對數據進行三種基本操作：讀取數據、對數據進行處理、然後通常還要把把數據寫回到存儲器上。對於最簡單的構成，CPU只需要四個部分來實現它對數據的操作：指令、指令指示器、一些寄存器以及算術邏輯單元。
指令指示器告訴CPU它所需要的指令放在內存中的哪個位置。
寄存器是CPU內部的臨時存儲單元。它保存等待被處理的數據，或者是已經處理過的數據（比如說，把兩個數相加後的結果）。
算術邏輯單元，或簡稱為ALU,是CPU的運算器，執行指令所指示的數學和邏輯運算。
CPU還包括一些協助基本單元完成工作的附加單元：
取指器負責從RAM或者CPU上的存儲區取出指令。
解碼器從取指器中取出指令，把它翻譯成CPU所能理解的語言。同時它也決定了完成該指令需要哪些步驟。
控制器的工作是管理和控制CPU的所有操作。它告訴ALU什麼時候開始計算，取指器什麼時候取一個0-1值，以及解碼器什麼時候把該值翻譯成一條指令。
三、跟蹤指令的處理過程
以下是CPU的工作過程：指令指示器指向內存中存放指令的地方。取指器在那裡取出指令，並把它交給解碼器。解碼器解釋指令，並決定為完成該指令需要哪些步驟。（一條指令可以由許多按規定順序完成的步驟組成。）
然後，ALU執行指令所要求的操作：它對數據進行加、減運算，或者其它的一些處理。在CPU解釋並執行完一條指令後，控制器會告訴取指器在內存中取出下一條指令。這個過程一直持續著――一條指令接一條指令，以令人眼花的速度運行――直到最後，產生你在屏幕上所見的結果。一個程序，例如文字處理，就是由一系列的指令和數據構成的。
為了使一切都按時發生，各組成部分還需要一個時鐘發生器。時鐘發生器是用來調節CPU的每一個動作的。像節拍器一樣，它發出調整CPU步伐的脈衝。這些脈衝是以每秒數百萬次，或者兆赫茲來計算的，後者，你也許還記得，是CPU原始頻率的計量單位。時鐘發生器每秒鐘發出的脈衝越多，CPU的運行速度就越快。在相同的條件下，700 MHz的CPU比600 MHz的CPU運行得快，但是，對於幾個CPU的並行以及其它的形式來說，這些數字的意義並不那麼重大。
四、CPU的增強功能
CPU只需要幾個基本的部分就可以完成其工作，但是一直以來，為了提高其整體性能，生產廠家不斷地修改了它的基本設計。最終的目的是一致的：為了使它更快地處理數據。
在尋找提高處理速度的方法時，晶片製造商們發現CPU在向RAM讀取數據或指令時，其本身沒有在進行什麼工作。為了減少CPU的空閒期，他們在CPU的內部放置了一塊稱為cache的存儲區。數據和指令可以暫存在CPU中，這樣就減少了訪問RAM的次數。
出於擴展cache的想法，系統製造商們把高速的（價格昂貴的）RAM――也被稱為第二級cache，或者L2 cache――放在CPU的第一級cache和RAM系統之間。越靠近CPU，就意味著訪問RAM的次數越少。
第二級cache對於提高CPU的性能是如此有益，以致於不久許多處理器就把它集成到CPU的內部，為存放數據和指令提供了更多的空間。
五、更多的ALUs以及新增的FPU
為了提高運算性能，晶片製造商在CPU內部增設了另外一個算術邏輯單元。理論上，可以一次完成以前兩倍的工作。使用多個ALU，就像廚房裡有兩個人，而不是一個人在張羅，這意味著工作可以完成得更快。
除了使用多個ALU，Intel還在CPU內部集成了浮點運算單元（FPU）。FPU能夠處理非常大的數和非常小的數（具有許多十進位位）。在FPU處理這些運算時候，ALU可以空閒出來，做一些其它的事情，因而進一步增強了CPU的性能。
AMD和Intel都曾經通過對指令進行流水線操作，或者並行操作來加速指令的執行過程。一條指令的執行需要許多獨立的步驟――例如取指和解碼。本來CPU只能執行完一條指令以後才能開始下一條指令的執行。但是現在，離散的電路可以執行各個獨立的步驟。
一旦一條指令從第一步執行到第二步，那麼運行其第一步的電晶體就可以空出來，執行下一條指令，因而加快了執行速度。這就像爬梯子一樣：一旦你的腳離開了一層臺階，你後面的人就可以跟上來。
為了提高CPU的性能，還增加了分支預測，即猜測程序可能會跳到哪一步；推測執行，即提前執行程序可能執行的步驟；還有隨機運行，即不按程序的原有順序來執行程序的指令。
所有這些改進都大大提高了CPU的運算速度，例如今年的二月份，已經達到了1 GHz的水平，但是性能的標準也變得不再可靠起來。計算機世界的測試表明最近幾次速度的提升已經帶來了負效益，特別是在使用那些非常依賴於硬碟的速度以及RAM的容量和速度的辦公室應用軟體的時候。
六、PC機裡的CPU
有兩大巨頭主導著PC機的CPU市場：Intel和AMD，其中Intel在商用電腦和家用電腦的市場上佔據了80%的份額。這兩家公司都有適應於高檔機、中檔機和低檔機的各種類型的CPU。也有其它公司生產的CPU，例如Motorola的PowerPC 750，該款CPU是為Apple的Macintosh而設計的。
無論是AMD的 Athlon ，還是 Intel的 Pentium III，在運行Microsoft的窗口作業系統時，其性能都是首屈一指的。這兩款CPU在設計和性能上大致相當，兩者都包含有能加速3D遊戲和計算機輔助軟體運行的增強功能。
AMD和Intel的高檔CPU可供大量的PC機使用，其使用範圍從中等價格的家用機（600-850 MHz）一直到最昂貴的工程系統和高檔的多媒體系統（大約866 MHz以上）。而最新款的CPU的價格可以在整個系統價格的$200 到 $1000 之間。
在高檔機中，具有1-GHz的CPU頻率的PC機，價格在$2700 到$3300 之間,同時還取決於它的其它配件。而在中檔機中，擁有Intel或者AMD的600-850 MHz CPU的PC機，其價格從900美元高達1600多美元.
某些經濟實惠的CPU（價格在$150以下的）與Athlons和PIIIs相比，其時鐘速度要慢一些，cache的容量也更小，或速度更慢，並且增強功能也較少。例如AMD的K6-III、K6-2 以及Intel的Celeron，可作為價格低於$1000的PC機的配置.
可攜式電腦上通常不能運行最快的CPU。因為桌面型的設計比膝上型的更易於散熱，這就意味著後者只能使用速度較慢且功能還不是那麼強大的CPU。而且處理器的速度越快，消耗的電能就越多，也就很容易耗光電池的能量。所以目前，所使用的最快的可攜式電腦的頻率大約為700 MHz。
七、前景展望
CPU的製造商們總是不斷地尋求改進的方法來提高CPU的性能。最近，他們的製作工藝已經從0.25微米達到了0.18微米的新水平，這使得電晶體之間的間隔更小，並且與同樣設計的結構相比，其運行速度更快，發熱量更小。另外，用於電晶體間互連的鋁線也已經被銅線所代替，而後者具有更佳的導電性能。
但是這些改進並不意味著會停止對更高的CPU時鐘頻率的追逐。Intel已經推出新一代的Pentium4處理器，其頻率高達1.5 GHz，並將在今年年底上市。AMD也承諾將緊追不捨。（編譯 蔣志華）