2.1 CPU
计算机硬件是计算机系统中各种设备的总称。一般来说，硬件的配置档次越高，硬件特性体现越强，表明它对软件的支持越强，它的性能价格比越高，它的可用性、可靠性、兼容性和可维护性越好。计算机硬件与计算机软件是计算机系统中不可分割的一个整体。只有硬件而没有软件的计算机是没有任何用处的裸机；只有软件而没有硬件的支持也只是无意义的纸上程序。计算机硬件与计算机软件之间是相互依存、相互融合、相互促进、共同发展的关系。
本章主要内容
& 了解CPU的概念和主要性能指标
& 学习主板的结构和分类
& 了解内存的种类和主要的性能指标
& 了解硬盘的性能参数
2.1 CPU
CPU（Central Processing Unit，中央处理机），是任何计算机系统中必备的核心部件。如图2-1所示。
图2-1 CPU
CPU由运算器和控制器组成，分别由运算电路和控制电路实现。控制器是整个计算机系统的指挥中心，负责对指令进行分析，并根据指令的要求，有顺序、有目的地向各个部件发出控制信号，使计算机的各部件协调一致地工作。控制器由指令指针寄存器、指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。
寄存器是CPU的一个重要组成部分，是CPU内部的临时存储单元，既可以存放数据和地址，又可以存放控制信息或CPU工作的状态信息。
通常把具有多个CPU同时去执行程序的计算机系统称为多处理机系统。依靠多个CPU同时并行地运行程序是实现超高速计算的一个重要方向，称为并行处理。
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图2-2 Pentium机CPU
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CPU品质的高低，直接决定了一个计算机系统的档次。反映CPU品质的最重要指标是主频和数据传送的位数。主频说明了CPU的工作速度，主频越高，CPU的运算速度越快。现在常用的CPU主频有1.8GHz、2.0GHz、3.0GHz等。
CPU传送数据的位数是指计算机在同一时间能同时并行传送的二进制信息位数。人们常说的16位机、32位机和64位机，是指该计算机中的CPU可以同时处理16位、32位和64位的二进制数据。286机是16位机，386机是32位机，486机是32位机，Pentium系列是32位机，装有Pentium CPU的机器是64位机（如图2-2所示）。随着型号的不断更新，微机的性能也在不断提高。
2.1.2 CPU主要的性能指标
（1）主频，也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快。但由于各种CPU的内部结构也不尽相同，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。至于外频，就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是：主频=外频×倍频。购买计算机主要看CPU的主频。
（2）内存总线速度或者叫系统总路线速度，一般等同于CPU的外频。内存总线的速度对整个系统性能来说很重要，由于内存速度的发展滞后于CPU的发展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，所以出现了二级缓存来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指CPU与二级（L2）高速缓存和内存之间的工作频率。
（3）工作电压。工作电压指的是CPU正常工作所需的电压。早期CPU（386、486）的工作电压一般为5V（奔腾等是3.5V/3.3V/2.8V等）。随着制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压有逐步下降的趋势，Intel出品的Prescott采用了1.25V～1.388V的工作电压。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。这对于笔记本计算机尤其重要。
（4）协处理器或者叫数学协处理器。在486以前的CPU里面，是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能就是负责浮点运算，因此386、286、8088等微机CPU的浮点运算性能都相当落后。从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算。现在CPU的浮点单元（协处理器）往往对多媒体指令进行了优化。比如Intel的MMX技术，MMX是“多媒体扩展指令集”的缩写，是Intel公司在1996年为增强Pentium CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术。为CPU新增加57条MMX指令后，把处理多媒体的能力提高了60%左右。
（5）流水线技术、超标量。流水线（pipeline）是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高了CPU的运算速度。超流水线是指某型CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentium pro的流水线就长达14步。将流水线设计的步（级）数越多，其完成一条指令的速度越快，因此能适应工作主频更高的CPU。超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的，只有Pentium级以上CPU才具有这种超标量结构；这是因为现代的CPU越来越多地采用了RISC技术，所以才会超标量的CPU。
（6）乱序执行和分枝预测。乱序执行是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。分枝是指程序运行时需要改变的节点。分枝有无条件分枝和有条件分枝，其中无条件分枝只需要CPU按指令顺序执行，而条件分枝则必须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变，因此需要“分枝预测”技术处理的是条件分枝。
（7）L1高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。采用回写（Write Back）结构的高速缓存，对读和写操作均有可提供缓存。而采用写通（Write-through）结构的高速缓存，仅对读操作有效。在486以上的计算机中基本采用了回写式高速缓存。
（8）L2高速缓存，指CPU的二级缓存。它是CPU性能表现的关键之一，在CPU核心不变化的情况下，增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异，由此可见二级缓存对于CPU的重要性。
（9）制造工艺，Pentium CPU的制造工艺是0.35mm，pentium III和赛扬可以达到0.13mm，最新的CPU制造工艺可以达到0.065mm，并且将采用铜配线技术，可以极大地提高CPU的集成度和工作频率。