微处理器（又称为CPU或中央处理单元）是装配在单颗晶片上的一个完整的计算引擎。第一颗微处理器是1971年问世的Intel 4004。微处理机能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路晶片组成微型计算机。

微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路晶片组成微型计算机。

16位微处理器可分成两个部分，一部分是执行部件(EU)，即执行指令的部分；另一部分是汇流排接口部件(BIU)，与8086汇流排联繫，执行从存储器取指令的操作。微处理器分成EU和BIU后,可使取指令和执行指令的操作重叠进行。EU部分有一个暂存器堆，由8个16位的暂存器组成,可用以存放数据、变址和堆叠指针、算术运算逻辑单元(ALU)执行算术运算和逻辑操作，标誌暂存器暂存这些操作结果的条件。执行部件中的这些部件是通过数据汇流排传送数据的。汇流排接口部件也有一个暂存器堆，其中CS、DS、SS和ES是存储空间分段的分段暂存器。IP是指令指针。内部通信暂存器也是暂时存放数据的暂存器。指令伫列是把预先取来的指令流存放起来。汇流排接口部件还有一个地址加法器，把分段暂存器值和偏置值相加，取得20位的物理地址。数据和地址通过汇流排控制逻辑与外面的8086系统汇流排相联繫。8086有16位数据汇流排，处理器与片外传送数据时，一次课传送16位二进制数。8086具有一个初级流水线结构，可以实现片内操作与片外操作的重叠。

微处理器基本结构如图：

图1

这是一个进行了最大程度简化的微处理器。此微处理器具有：

（1）一条地址汇流排（汇流排宽度可以8位、16位或32位），用于向记忆体传送一个地址；

（2）一条数据汇流排（汇流排宽度可以是8位、16位或32位），能够将数据传送到记忆体或从记忆体取得数据；

（3）一条RD（读）和WR（写）线路，告诉记忆体它是希望写入某个地址位置还是获得某个地址位置的内容；

（4）一条时钟线路，将时钟脉冲序列传送到处理器；

（5）复位线路，用于将程式计数器重置为零（或者其他内容）并重新开始执行。

微处理器执行一组机器指令，这组指令可向处理器告知应执行哪些操作。微处理器就会根据指令执行三种基本工作：

（1）通过使用ALU（算术/逻辑单元），微处理器可以执行数学计算。例如：加法、减法、乘法和除法。现代的微处理器包含完整的浮点处理器，它可以对很大的浮点数执行非常複杂的浮点运算。 

（2）微处理器可以将数据从一个记忆体位置移动到另一个位置。 

（3）微处理器可以做出决定，并根据这些决定跳转到一组新指令。

微处理器能够执行许多非常複杂的工作，但是所有工作都属于这三种基本操作的範畴。

根据微处理器的套用领域，微处理器大致可以分为三类：通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数位讯号处理器、微控制器。一般而言，通用处理器追求高性能，它们用于运行通用软体，配备完备、複杂的作业系统；嵌入式微处理器强调处理特定套用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程式，配备轻量级作业系统，主要用于蜂窝电话、CD播放机等消费类家电；微控制器价位相对较低，在微处理器市场上需求量最大，主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自控设备。
CPU是Central Processing Unit（中央微处理器）的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成。如果把计算机比作人，那幺CPU就是人的大脑。CPU的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到Pentium 4时代，只经过了二十一年的时间。

这种计算机为複杂指令系统计算机，简称CISC。这种计算机採用的微处理器属于CISC结构的微处理器。在CISC微处理器中，程式的各条指令是按顺序串列执行的;每条指令中的各个操作也是按顺序串列执行的。顺序执行的优点是控制简单，但机器各部分的利用率不高，执行速度慢。Intel的80386系列就属于CISC结构的微处理器。

对CISC机进行测试表明，各种指令的使用频度相当悬殊，最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20%,但在程式中出现的频度却占80%。複杂的指令系统必然增加微处理器的複杂性，使微处理器研製时间长、成本高。複杂指令需要複杂的操作，从而降低了机器的速度。

70年代末，John Cocke提出精简指令的想法。80年代初史丹福大学研製出MIPS机，为精简指令系统计算机(简称RISC)的诞生与发展起了很大作用。RISC机中採用的微处理器统称RISC处理器。MIPS R3000,HP-PA8000系列，Motorola M88000等均属于RISC微处理器。它们的指令数目只有几十条。RISC微处理器不仅精简了指令系统，还採用超标量和超流水线结构，大大增强了并行处理能力，并在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。由于RISC处理器指令简单、採用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX工作站和伺服器厂商均採用RISC晶片作CPU用。这些RISC晶片的时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。

何谓64位计算机?现今工业界对64位计算机的描述，是指具有64位运算能力、64位定址空间和64位数据通路的计算机。

64位的硬体环境能提供的好处：

（1）64位的CPU和数据通路，可以提供快速双精度的运算能力；

（2）64位的指针可以提供大于1TB的虚拟存储空间，档案长度可以大于1TB；
（3）物理地址空间大于1TB。

64位CPU可以快速而精确地执行应用程式，允许程式人员在设计程式时可以使用比以往更大的资料库和存储空间，可以处理很複杂的计算模型。简单地说，EPIC处理器首先由编译程式分析指令之间的依赖关係;然后将没有依赖关係的指令组合成群;最后由内置的执行单元读入指令群并分头并行执行。由于各条指令究竟分配给哪个单元是由编译器来决定的，而不是由硬体进行调度，因此降低了处理器的製造成本。

Intel的Intanium(安腾)处理器和AMD的Athlon(速龙)处理器均属于64位的EPIC微处理器，两者均採用0.18微米的CMOS製造工艺。不同的是IA- 64的奔腾处理器与IA-32应用程式不能完全兼容，而AMD的x86- 64可以运行IA-32的应用程式。因此在64位的EPIC处理器战场上，Intel和AMD两大厂商展开了激烈的竞争。

Alpha的设计思想可以用一句话来概括：一个聪明的编译程式和一个聪明的处理器开发Alpha体系结构的明显目标是实现在编译程式、处理器体系结构和实际线路设计等方面都能够创造性地提高性能。Alpha设计成能够利用编译时和运行时的信息。当编译出错时，设计了一个无序指令传送机制使得计算机能够适应程式的运行过程而不是阻塞计算机的运行。此外，编译程式在程式中只有有限的视野，经常不能跨过子程式或模组的边界进行最佳化。同时多执行绪允许Alpha处理器除了指令级并行外还能够利用执行绪级并行。Alpha是为广泛範围的商业套用设计的。同时，多执行绪是Alpha无序指令执行的自然扩展，它也是在大多数套用负载下利用显性并行的最有效机制。

MIPS 84000是最早推出的64位处理器之一。SGI在收购MIPS(后MIPS又独立)之后继续发展T系列的64位处理器，先后推出了R6000,R8000,R10000,R12000等型号。

MIPS 812000是超标量的RISC微处理器，它採用ANDES(无序动态执行和调度)的体系结构。在每个流水线周期内可对4条指令进行解码。该微处理器有5条执行流水线分别连线到整数和浮点执行单元，并具有推理机制及无序动态执行机制。

H2是一种设计用于满足用户在今后十年使用的最苛求的技术和商业计算套用需要的新型微处理器系列。利用在处理单和多处理器环境中迅速将大数据集合从CPU输出和输入到CPU的技术，这种微处理器系列集成了消除处理器与系统设计之间存在的传统瓶颈的创新记忆体。在保持编码和指令集兼容性的同时，H2将为大型可伸缩伺服器级计算机到桌面系统提供动力。