CPU出現(xiàn)于大規(guī)模集成電路時代，處理器架構設計的迭代更新以及集成電路工藝的不斷提升促使其不斷發(fā)展完善。從最初專用于數(shù)學計算到廣泛應用于通用計算，從4位到8位、16位、32位處理器，最后到64位處理器，從各廠商互不兼容到不同指令集架構規(guī)范的出現(xiàn)，CPU 自誕生以來一直在飛速發(fā)展。

 [1] CPU發(fā)展已經(jīng)有40多年的歷史了。我們通常將其分成六個階段。 [3] (1)第一階段(1971年-1973年)。這是4位和8位低檔微處理器時代，代表產品是Intel 4004處理器。 [3] 1971年，Intel生產的4004微處理器將運算器和控制器集成在一個芯片上，標志著CPU的誕生; 1978年，8086處理器的出現(xiàn)奠定了X86指令集架構， 隨后8086系列處理器被廣泛應用于個人計算機終端、高性能服務器以及云服務器中。 [1] (2)第二階段(1974年-1977年)。這是8位中高檔微處理器時代，代表產品是Intel 8080。此時指令系統(tǒng)已經(jīng)比較完善了。 [3] (3)第三階段(1978年-1984年)。這是16位微處理器的時代，代表產品是Intel 8086。相對而言已經(jīng)比較成熟了。 [3] (4)第四階段(1985年-1992年)。這是32位微處理器時代，代表產品是Intel 80386。已經(jīng)可以勝任多任務、多用戶的作業(yè)。 [3] 1989 年發(fā)布的80486處理器實現(xiàn)了5級標量流水線，標志著CPU的初步成熟，也標志著傳統(tǒng)處理器發(fā)展階段的結束。 [1] (5)第五階段(1993年-2005年)。這是奔騰系列微處理器的時代。 [3] 1995 年11 月，Intel發(fā)布了Pentium處理器，該處理器首次采用超標量指令流水結構，引入了指令的亂序執(zhí)行和分支預測技術，大大提高了處理器的性能， 因此，超標量指令流水線結構一直被后續(xù)出現(xiàn)的現(xiàn)代處理器，如AMD(Advanced Micro devices)的銳龍、Intel的酷睿系列等所采用。 [1] (6)第六階段(2005年至2021年)。處理器逐漸向更多核心，更高并行度發(fā)展。典型的代表有英特爾的酷睿系列處理器和AMD的銳龍系列處理器。

為了滿足操作系統(tǒng)的上層工作需求，現(xiàn)代處理器進一步引入了諸如并行化、多核化、虛擬化以及遠程管理系統(tǒng)等功能，不斷推動著上層信息系統(tǒng)向前發(fā)展。馮諾依曼體系結構是現(xiàn)代計算機的基礎。在該體系結構下，程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲，指令和數(shù)據(jù)需要從同一存儲空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，無法重疊執(zhí)行。根據(jù)馮諾依曼體系，CPU的工作分為以下 5 個階段：取指令階段、指令譯碼階段、執(zhí)行指令階段、訪存取數(shù)和結果寫回。 [1] 取指令(IF，instruction fetch)，即將一條指令從主存儲器中取到指令寄存器的過程。程序計數(shù)器中的數(shù)值，用來指示當前指令在主存中的位置。當 一條指令被取出后，程序計數(shù)器(PC)中的數(shù)值將根據(jù)指令字長度自動遞增。 [1] 指令譯碼階段(ID，instruction decode)，取出指令后，指令譯碼器按照預定的指令格式，對取回的指令進行拆分和解釋，識別區(qū)分出不同的指令類 別以及各種獲取操作數(shù)的方法。現(xiàn)代CISC處理器會將拆分已提高并行率和效率。 [1] 執(zhí)行指令階段(EX，execute)，具體實現(xiàn)指令的功能。CPU的不同部分被連接起來，以執(zhí)行所需的操作。訪存取數(shù)階段(MEM，memory)，根據(jù)指令需要訪問主存、讀取操作數(shù)，CPU得到操作數(shù)在主存中的地址，并從主存中讀取該操作數(shù)用于運算。部分指令不需要訪問主存，則可以跳過該階段。 [1] 結果寫回階段(WB，write back)，作為最后一個階段，結果寫回階段把執(zhí)行指令階段的運行結果數(shù)據(jù)“寫回”到某種存儲形式。結果數(shù)據(jù)一般會被寫到CPU的內部寄存器中，以便被后續(xù)的指令快速地存取;許多指令還會改變程序狀態(tài)字寄存器中標志位的狀態(tài)，這些標志位標識著不同的操作結果，可被用來影響程序的動作。 [1] 在指令執(zhí)行完畢、結果數(shù)據(jù)寫回之后，若無意外事件(如結果溢出等)發(fā)生，計算機就從程序計數(shù)器中取得下一條指令地址，開始新一輪的循環(huán)，下一個指令周期將順序取出下一條指令。

中央處理器(CPU)，是電子計算機的主要設備之一，電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。CPU是計算機中負責讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。中央處理器主要包括兩個部分，即控制器、運算器，其中還包括高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存儲器、輸入/輸出設備。中央處理器的功效主要為處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)。 [2] 在計算機體系結構中，CPU 是對計算機的所有硬件資源(如存儲器、輸入輸出單元) 進行控制調配、執(zhí)行通用運算的核心硬件單元。CPU 是計算機的運算和控制核心。計算機系統(tǒng)中所有軟件層的操作，最終都將通過指令集映射為CPU的操作。