CPU 工作原理附详细图解（cpu的工作原理流程图）

从宏观人类的意义上来说，CPU 是目前人类科技含量最高，工艺最复杂，结构最精细的产物结晶。

从微观每个人的角度上来说，CPU 好像也就不过是个商品，还是大家都能买得起的那种。

但，并不是所有人都懂 CPU 构成，甚至，连 CPU 怎么选购都不知道，那，要不要来了解下 CPU 的构成 以及 CPU 如何选购？

正文

众所周知，计算机只能识别 1 和 0，为什么呢？根本原因在于 CPU 或者说所有的电子元件，只能有两种状态：变(1)、不变(0)/ 开（1）、关（0） 。

但是知道这个和 CPU 有什么关系呢，CPU 的根本任务就是执行指令预算，也就是1 0 1010101010101000101010101010101010010101010101010101001这个过程到底是怎样实现的呢。这就要从 CPU 的内部结构开始说起了:

cpu 内部主要是由一大堆的运算器、控制器、寄存器组成。

运算器 负责算术运算（+ - * / 基本运算和附加运算）和逻辑运算（包括 移位、逻辑测试或比较两个值等）。控制器 则高级一点，负责应对所有的信息情况，调度运算器把计算做好。寄存器 就稍微复杂一点，既要对接控制器的命令，传达命令给运算器；还要帮运算器记录处理完或者将要处理的数据。

在这三种元件外，还有缓存（cache），总线，核心显卡等

如果这么说你理解不了，没有关系，我们用一个例子来说明一下：假设 CPU 是一个工厂，一个核心就是工厂的一个车间

那么运算器 就是工厂里的普工，只负责生产（运算）

而 寄存器 呢，就是一个工具人，有时需要传递信息（数据），有时需要搬运物资（数据）。

控制器则是车间主管，管理调剂所有普工和工具人，压榨他们的劳动价值。

直到有一天，工厂发现一个车间（核心）效率不够，就只能增加车间（核心）来提高整个工厂效率。

但是，渐渐的，又有新问题出现，工具人虽然效率高，但是数量不多，而随着越来越多的原材料（数据）涌入，工具人搬不过来。这时工厂就整了一个小板车（cache），专门用来运输、寄存工具人搬不过来的数据，而且各工厂可以共享其中一部分（intel 的 L3 cache）。

随着车间数量（核心数目）增加到八，工厂发现有些时候出货量挺高的（全车间都开工），但有些时候只有一两个个车间开工，其它车间都在围观（调度问题）。

而且整个工厂一起开工，用电量和发热量也急剧上升，但是各车间的效率（频率）就是上不去，此外，还要担心电力供给、散热、物资（数据）运输等各类问题。

终于，在投入了大研发后，工厂的厂房布局设计（架构）有了大改进，

各部门之间的交通更便利了；并且，工厂也重新招聘短小精悍的工人（提升制程工艺），将以前那种牛高马大，光吃不干的大块头全部淘汰了。至此，同样大的车间，能融入更多的工人干活了，而且短小精悍的工人，吃的饭还少（功耗低）。

但，工厂的难题还有很多，有些是内部问题，有些是外部问题，在这种内忧外患的情景下，intel 不由得又挤了一管牙膏压压惊。

怎么样，这个例子能让你们理解 CPU 里运作的过程了嘛，对应的一些参数了解了嘛？没有的话，我就再补充说明一些很重要的参数

参数详解

核心线程

核心是 CPU 处理数据的一个大单位，理论上来说，核心数越多，干活的效率越高，或者说可以同时干的事情越多，就像一个工厂，这个车间可以生产这个零部件，那个车间可以生产另外一个零部件。

而线程则是提高核心的使用效率，比如在这个车间生产这个零部件的时候，有些工艺是需要等待的，而在这个等待的时候，工人们都闲着，那线程技术就会让这个暂时闲置的核心干其它的事，持续压榨工人的剩余劳动价值。

因为CPU 的工作过程非常块，在足够长的时间段上，可以看作是CPU同时干了两件事，也就是把一颗单核的CPU 变成了双核。

但核心线程并不一定是越多越好的，因为 CPU 还有一个很重要的指标

频率

CPU 的频率简单说是 CPU 运算时的工作频率（CPU 内部的数字时钟信号频率），是单位时间1 S 内产生的脉冲信号个数。

虽然频率高的 CPU 不一定能比低的强，但频率的高低的确关系到整个 CPU 的运算速度。

影响到频率高度的因素非常之多，诸如 CPU 的架构、流水线设计、内部寄存器设计、支持的指令甚至是功耗、温度这些物理因素，所以说 CPU 出厂频率就是综合多种考虑，以木桶效应下的最小值作为 CPU 的最高频率。

那么，CPU 的主频又是什么呢？主频是指 CPU 内核工作的主时钟频率。

主频有一个公式：主频 = 倍频 * 外频 ，为什么会有这个公式呢？这就要从很久以前 CPU 大战的时候说起，那时 CPU 的频率和外频是一样的，但 CPU 厂商为了竞争（宣传），就通过提升 CPU 的频率来占据市场。而与此同时，其它硬件的工作频率也就是外频，却没有提升，依旧沿用旧有的标准。

这样下来，整个系统就不能很好的同步交流了，于是在这个时候，Intel 就创造性的提出了倍频 的概念，让 CPU 频率运行在外频的某个倍率上，这样频率较高的 CPU 就能和较低的外频进行同步交流了。

至于超频，简单提一句，根据上面 CPU 主频的计算公式，超频是通过提升 外频或者倍频 来提升CPU 主频，让 CPU 性能提升的一种手段。

超频有风险，收益太低，建议不要轻易操作。特别是现在 CPU 厂家要么早已压榨完CPU的性能（AMD），要么贼奸的把超频算计在内（intel），而超频对于实际体验来说，就是那几帧或者那几秒的事情，性价比真的太低了。

架构和工艺

虽然频率一定程度上反映了 CPU 的性能，但是单纯追求高主频会让功耗急剧上升，从经济上来说并不合算，现在的 CPU 厂商早就放弃了单纯追求高主频带来的性能提升，转而提高每瓦性能。而这个是通过什么实现的呢？CPU 的 架构 和工艺

架构是什么意思？在说架构前，你需要知道一个概念：指令集，指令集是CPU 执行计算任务时的规范或者说语言。换句话说， CPU 在计算时是依照指令集的规范来实现的，而架构就是实现这个指令集的物理结构。

打个比方，我们如果要计算 1+1，我们规定在算盘上最右边的珠子一个对应一个1，那 1+1 就是拨动两个最右边的珠子，这就是指令集和架构，优化这两个东西，就能使得 CPU 的效率提升。

当然，里面的过程太复杂（我也不懂），所以大家理解万岁。 而工艺是指制造CPU或GPU 里 晶体管门电路 的尺寸，单位为纳米。

制造工艺越低，CPU 里所含的晶体管越多，CPU功能也就越丰富，同时功耗也会降低，频率也能拉高。核心面积也将减少，这就意味着，同样大的晶圆，能造出的 CPU 越多，价格就更低。制造工艺的提升当然也不全是好事，一方面，新工艺总会有未知的问题，而打磨旧工艺，有些时候说不定也能有提升...不行了，我摊牌了，intel 你还要打磨你的14nm 多少年啊！ 最后，再说说

TDP 热设计功耗

一般来说，TDP 是指对散热方案设计的最低功耗设计，散热器只要满足 > TDP 就可以及时排出 CPU 发出的热量，即能保证 CPU 正常工作。但后来随着 intel 睿频2.0 的应用，引入了PL1、PL2、PL3、PL4和Tau ，在这四个不同的阶段，就会有不同的热量，所以 一般选购散热器时，都应考虑稍高于TDP 的散热器。

PL1是CPU能够长期工作的阈值，一般设定为TDP；PL2是CPU段时间能够超TDP工作的阈值，Intel推荐PL2比PL1高25%；PL3/PL4一般厂家不设置，这里略过；Tau是CPU能够坚持在PL2的时间长度。

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那说了这么多参数，和你我选购 CPU 有什么关系呢。容我想想好像真没太大关系，不过当你都能清楚 CPU 的构造、参数后，你对你选购的 CPU 就会更有底气，也能一眼看出嘤嘤嘤今年是不是又挤了牙膏，农厂今年是不是继续 YES。

话说回选购，尽管上面有那么多参数，就算能看懂后，依旧不能很好的衡量 CPU 的综合性能，这时你就要知道，其实有两个参数可以很直观并且客观的反映 CPU 的性能，第一个是 价格，一般在同品牌的前提下，越贵的自然就越好。

第二个就是 跑分，性能越强的，跑分分数就越高，

而再根据这些分数排序，就有 天梯图 的出现，性能越强的 CPU ，天梯的位置也就越高。

所以，买 CPU 看不懂原理参数，没有大关系的，结合你的钱和 CPU 的分数，就能选出比较适合你的CPU （应该是对你而言 性价比最高的 CPU）

此外，其实 两家 CPU 厂商早也给分好类，就等你入手，以主流的intel 酷睿系列和 AMD 的锐龙系列来说，它们的产品定位由低至高依次为：

虽然 CPU 的定位是这样，但是，电脑是看整体硬件性能的，所以需要合理搭配。

一点鸟语:同样定位的前提下，AMD 的综合性能会强上一筹，Intel 的游戏性能略微胜出，但是 AMD 的价格却又低了一点， AMD，YES！但是，如果你只是一个臭打游戏的，那我还是比较建议你购买 intel 的U，配上老黄的显卡，这可能还是目前最稳妥的打游戏解决方案。

总结

如果是选购 CPU，那直接点的就是看跑分（天梯图）、软件/游戏的实测以及价格。但如果是想学 CPU 的构造之类的，说实话，我也只是略懂些皮毛，这篇文章可能帮不到你太多。最后，我还是想要再强调一次，电脑是整个系统，并不仅仅只是靠某个部件强就强的。