CPU出現(xiàn)于大規(guī)模集成電路時代，處理器架構(gòu)設(shè)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。從初專用于數(shù)學計算到廣泛應(yīng)用于通用計算，從4位到8位、16位、32位處理器，后到64位處理器，從各廠商互不兼容到不同指令集架構(gòu)規(guī)范的出現(xiàn)，CPU 自誕生以來一直在飛速發(fā)展。

為了改善性能，CPU已經(jīng)不是單條取指-->解了碼-->執(zhí)行的路線，而是分別為這3個過程分別提供獨立的取值單元，解了碼單元以及執(zhí)行單元。這樣就形成了流水線模式。

用戶態(tài)的CPU，只允許執(zhí)行指令集中的部分指令。一般而言，IO相關(guān)和把內(nèi)存保護相關(guān)的所有執(zhí)行在用戶態(tài)下都是被禁止的，此外其它一些特權(quán)指令也是被禁止的，比如用戶態(tài)下不能將PSW的模式設(shè)置控制位設(shè)置成內(nèi)核態(tài)。

控制器之所以知道數(shù)據(jù)放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的，每個指令對應(yīng)一個基本操作，比如加法運算對應(yīng)一個指令。例如，將兩個MDR寄存器(保存了來自內(nèi)存的兩個數(shù)據(jù))中的值拷貝到ALU中，然后根據(jù)的操作指令執(zhí)行加法運算，將運算結(jié)果拷貝會一個MDR寄存器中，后寫入到內(nèi)存。

關(guān)于CPU上的高速緩存

1、高速的緩存是CPU的寄存器，它們和CPU的材料相同，靠近CPU或接近CPU，訪問它們沒有時延(<1ns)。但容量很小，小于1kb。

2、寄存器之下，是CPU的高速緩存。分為L1緩存、L2緩存、L3緩存，每層速度按數(shù)量級遞減、容量也越來越大。

3、每核心都有一個自己的L1緩存。L1緩存分兩種：L1指令緩存(L1-icache)和L1數(shù)據(jù)緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解了碼指令，L1數(shù)據(jù)緩存用來放訪問非常頻繁的數(shù)據(jù)。

4、L2緩存用來存放近期使用過的內(nèi)存數(shù)據(jù)。更嚴格地說，存放的是很可能將來會被CPU使用的數(shù)據(jù)。

5、多數(shù)多核CPU的各核都各自擁有一個L2緩存，但也有多核共享L2緩存的設(shè)計。無論如何，L1是各核私有的(但對某核內(nèi)的多線程是共享的)。