一，历史
1，Intel 4004：片内集成了2250个晶体管，晶体管之间的距离是10微米，能够处理4bit的数据，每秒运算6万次，频率为108KHZ，前端总线为0.74MHz （4bit）。
2，InteI 8086：主频为4.77MHz，采用16位寄存器，8086的时钟频率有4.77，8和10MHz 三个版本，包括了具有300个操作的指令集，其中8MHz 版本包含了大约28,000个 晶体管，具备0.8 MIPs 的能力。
3，Intel 80386：首次在x86处理器中实现了32位系统，首次采用高速缓存（外置）解决内存速度瓶颈问题，初期推出的80386 DX处理器集成了大约27.5万个电晶体，工作频率为12.5MHz。此后80386处理器逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz直至最后的40MHz。
二，CPU 频率
1，我们常说的 CPU 频率其实指的是 CPU 内部的数字时钟信号频率，又称为时钟频率，它并不能完全代表CPU的真实性能水平，4GHz的CPU不一定就比3GHz的强，但是时钟频率的高低确实关系到一个CPU的运算速度。
2，在CPU这个复杂的数字系统中，为了确保内部所有硬件单元能够协同快速工作，CPU架构工程师们往往会设计一套时钟信号与系统同步进行操作。时钟信号是由一系列的脉冲信号构成，并且总是按一定电压幅度、时间间隔连续发出的方波信号，它周期性地在0与1之间往复变化。
3，CPU 频率是4GHz，意味着它内部时钟频率为4GHz，一秒钟可以产生40亿个脉冲信号，也就是每一个脉冲信号仅仅用时0.25ns（时钟周期）。
4，时钟周期作为 CPU 操作的最小时间单位，内部的所有操作都是以这个时钟周期作为基准。一般来说CPU都是以时钟脉冲的上升沿作为执行指令的基准，频率越高，CPU执行的指令数越多，工作速度越快。
5，影响到 CPU 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，CPU 出厂频率是综合多种考虑，以木桶效应下的最小值作为CPU的最高频率。
6，倍频：目前的CPU设计的外频都相当低，只有100MHz，CPU要获得更快运算速度，我们就需要获得一个超高速的频率来支撑更快运算速度。而CPU通常就是在内部设计有一个锁相环频率发生器，对于输入的时钟信号进行分频处理，按照一定比例提高输入的外频频率，从而得到CPU的实际工作频率，这个比例就称之为倍频系数（简称倍频）。
7，超频：CPU 以超过外频或倍频的频率运行。
三，结构
1，基本结构
从功能上看，一般CPU的内部结构可分为：控制单元、逻辑运算单元、存储单元（包括内部总线和缓冲器）三大部分。其中控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作，逻辑单元则完成各个指令以便得到程序最终想要的结果，存储单元就负责存储原始数据以及运算结果。浑然一体的配合使得CPU拥有了强大的功能，可以完成包括浮点、多媒体等指令在内的众多复杂运算，也为数字时代加入了更多的活力。
2，CPU 组成细分
1）指令高速缓存，俗称指令寄存器 ： 它是芯片上的指令仓库，有了它CPU就不必停下来查找计算机内存中的指令，从而大幅提高了CPU的运算速度。
2）译码单元，俗称指令译码器 ： 它负责将复杂的机器语言指令解译成运算逻辑单元（ALU）和寄存器能够理解的简单格式，就像一位外交官。
3）控制单元 ： 既然指令可以存入CPU，而且有相应指令来完成运算前的准备工作，背后自然有一个扮演推动作用的角色——它便是负责整个处理过程的操作控制器。根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元（ALU）和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。
4）寄存器 ： 它对于CPU来说非常的重要，除了存放程序的部分指令，它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元（ALU）为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域，其数据来源可以是高速缓存、内存、控制单元中的任何一个。
5）逻辑运算单元（ALU） ： 它是CPU芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元会从寄存器中间断或连续提取数据，完成最终的任务。
6）预取单元 ： CPU效能发挥对其依赖非常明显，预取命中率的高低直接关系到CPU核心利用率的高低，进而带来指令执行速度上的不同。根据命令或要执行任务所提出的要求，何时时候，预取单元都有可能从指令高速缓存或计算机内存中获取数据和指令。当指令到达时，预取单元最重要的任务就是确保所有指令均排列正确，然后发送给译码单元。
7）总线单元 ： 它就像一条高速公路，快速完成各个单元间的数据交换，也是数据从内存流进和流出CPU的地方。
8）数据高速缓存 ： 存储来自译码单元专门标记的数据，以备逻辑运算单元使用，同时还准备了分配到计算机不同部分的最终结果。
3，内存管理单元（MMU）
MMU是个硬件，每当cpu访问一个地址的时候，MMU从内存里面查table，把cpu想访问的那个虚拟地址转换成物理地址。
四，寄存器
1，基本寄存器
1）通用寄存器：AX BX CX DX SI DI BP SP
2） 指令指针寄存器：IP
3）标志寄存器：FLAGS
4）段寄存器：CS DS SS ES FS GS
2，系统级寄存器
1）控制寄存器
2）系统地址寄存器
3，调试和测试寄存器
4，浮点寄存器
五，工作模式
1，实地址模式
一种向前且关闭了兼容保护模式一些特性的CPU运行模式。用来让新的芯片可以运行旧的软件。依照设计的规格，所有的x86 CPU都是在实模式下开机，来确保传统操作系统的向前兼容性。在任何保护模式的特性可用前，他们必须要由某些程序手动地切换到保护模式。在现今的计算机，这种切换通常是由操作系统在开机时候必须完成的第一件任务的一个。它也可能当CPU在保护模式下运行时，使用虚拟86模式来运行设计运行在实模式下的代码。
简单来说，实地址模式是 应用程序 直接访问内存地址和IO接口的模式。
2，保护模式
保护模式，是一种80286系列和之后的x86兼容CPU操作模式。保护模式有一些新的特色，设计用来增强多工和系统稳定度，像是内存保护，分页系统，以及硬件支持的虚拟内存。大部分的现今 x86 操作系统都在保护模式下运行，包含 Linux、FreeBSD、以及 Windows 2.0 和之后版本。
3，虚拟8086模式
虚拟8086是在80386及以上32位处理器中，进行16位访问，处理器及操作系统就模拟一个8086来提供给应用程序，并复制提供一份相关的信息。
4，IA-32计算机在加电或者Reset信号有效之后，首先进入实地址模式，执行BIOS程序，然后再进入保护模式，执行Windows环境下的程序。因此，IA-32 CPU在工作的时候，需要从实地址模式切换到保护模式。从实地址模式切换到保护模式，通常需要建立描述符表（descriptor table），设置控制寄存器CR0的PE位。
六，引脚信号
就是所说的接口类型，我们知道，CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。而目前CPU的接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。
引脚分类：
1，地址总线，单向
2，数据总线，双向
3，总线周期定义信号
4，总线仲裁
5，成组控制
6，总线控制
7，奇偶校验
8，中断复位
9，有关高速缓存的信号
10，其他信号
七，总线周期
1，总线分类
1）片内总线
2）芯片总线
3）系统总线
4）外部总线