CPU出現(xiàn)于大規(guī)模集成電路時(shí)代，處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)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(xué)計(jì)算到廣泛應(yīng)用于通用計(jì)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(lái)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(gè)過(guò)程分別提供獨(dú)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。

CPU控制技術(shù)的主要形式，時(shí)間控制。將時(shí)間定時(shí)應(yīng)用于各種操作中，就是所謂的時(shí)間控制。在執(zhí)行某一指令時(shí)，應(yīng)當(dāng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，CPU的指令是從高速緩沖存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器中取出，之后再進(jìn)行指令譯碼操作，主要是在指令寄存器中實(shí)施，在這個(gè)過(guò)程中，需要注意嚴(yán)格控制程序時(shí)間。

更優(yōu)化的CPU架構(gòu)是superscalar架構(gòu)（超標(biāo)量架構(gòu)）。這種架構(gòu)將取指、解了碼、執(zhí)行單元分開(kāi)，有大量的執(zhí)行單元，然后每個(gè)取指 解了碼的部分都以并行的方式運(yùn)行。比如有2個(gè)取指 解了碼的并行工作線路，每個(gè)工作線路都將解了碼后的指令放入一個(gè)緩存緩沖區(qū)等待執(zhí)行單元去取出執(zhí)行。

用戶態(tài)CPU想要執(zhí)行特權(quán)操作，需要發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用來(lái)請(qǐng)求內(nèi)核幫忙完成對(duì)應(yīng)的操作。其實(shí)是在發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用后，CPU會(huì)執(zhí)行trap指令陷入(trap)到內(nèi)核。當(dāng)特權(quán)操作完成后，需要執(zhí)行一個(gè)指令讓CPU返回到用戶態(tài)。除了系統(tǒng)調(diào)用會(huì)陷入內(nèi)核，更多的是硬件會(huì)引起trap行為陷入內(nèi)核，使得CPU控制權(quán)可以回到操作系統(tǒng)，以便操作系統(tǒng)去決定如何處理硬件異常。

關(guān)于CPU的多核和多線程

1、CPU的物理個(gè)數(shù)由主板上的插槽數(shù)量決定，每個(gè)CPU可以有多核心，每核心可能會(huì)有多線程。

2、多核CPU的每核(每核都是一個(gè)小芯片)，在OS看來(lái)都是一個(gè)獨(dú)立的CPU。

3、對(duì)于超線程CPU來(lái)說(shuō)，每核CPU可以有多個(gè)線程(數(shù)量是兩個(gè)，比如1核雙線程，2核4線程，4核8線程)，每個(gè)線程都是一個(gè)虛擬的邏輯CPU(比如windows下是以邏輯處理器的名稱稱呼的)，而每個(gè)線程在OS看來(lái)也是獨(dú)立的CPU。