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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(xué)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。

CPU有強大的算術(shù)運算單 元，可以在很少的時鐘周期內(nèi)完成算術(shù)計算。同時，有很大的緩存可以保存很多數(shù)據(jù)在里面。此外，還有復(fù)雜的邏輯控制單元，當程序有多個分支的時候， 通過提供分支預(yù)測的能力來降低延了時。GPU是基于大的吞吐量設(shè)計，有很多的算術(shù)運算單元和很少的緩存。同時GPU支持大量的線程同時運行，如果他們需要訪問同一個數(shù)據(jù)，緩存會合并這些訪問，自然會帶來延了時的問題。盡管有延了時，但是因為其算術(shù)運算單元的數(shù)量龐大，因此能夠達到一個非常大的吞吐量的效果。

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。