導(dǎo)讀——處理器的“錢”途

處理器無疑是PC中最核心的設(shè)備，無疑也是最賺錢的設(shè)備。

目前全球的4大電腦公司——惠普、宏基、戴爾、聯(lián)想，它們賣電腦賺的錢，遠(yuǎn)不及Intel賣處理器賺的錢。

以PC老大惠普為例，2010年公司凈收入1260億美金，運(yùn)營利潤115億美金，PC等業(yè)務(wù)（Personal System Group）的凈收入為407億美金，運(yùn)營利潤為20億美金。而Intel 2010年的凈收入為436億美金，運(yùn)營利潤為156億美金，從中我們可以看出，PC公司是賣了不少錢，不過錢都讓處理器公司賺了。

最核心的，才是最賺錢的，才是我們最該去關(guān)注的，下面開始我們的處理器之旅。

2.1  處理器是怎樣工作的——處理器的硬件模型

2.1.1  硬連線電路——一定終身

要想做一個(gè)運(yùn)算，其實(shí)不一定非要用處理器，用普通的數(shù)字電路也可以實(shí)現(xiàn)。例如，下面這個(gè)運(yùn)算：

out = in1 + in2 * in3 + in4 * in5 * in6;

我們使用加法器、乘法器可以搭出如下的電路：

這個(gè)電路使用了3個(gè)乘法器，2個(gè)加法器。如果我們又要做另一個(gè)運(yùn)算：

out = in1 + in2 + in3 + in4 * in5 + in6;

以前搭建的電路已經(jīng)沒用了，我們必須要重新搭建另一個(gè)電路：

用這種方式來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算，每一種新的運(yùn)算，都要搭建一種新的電路，這樣的工作太勞民傷財(cái)了，那么有沒有一種通用的計(jì)算設(shè)備，一套硬件就能實(shí)現(xiàn)所有的功能呢？

有，計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生就是為了解決這個(gè)事的！

2.1.2  通用計(jì)算機(jī)模型——硬件搭臺(tái)，軟件唱戲

一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)算，都是由一些簡單的運(yùn)算組合而成的，一個(gè)最簡單的運(yùn)算可以用下面的模型表示。

例如，c=a+b，輸入數(shù)據(jù)是a和b，輸出數(shù)據(jù)是c，運(yùn)算符是加法。

一大堆的運(yùn)算就需要一大堆的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，我們首先要有一個(gè)存儲(chǔ)器將輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)存起來。

然后我們將一些常用的基本運(yùn)算，如加法器、乘法器等堆在一起，給它取個(gè)名字，叫算術(shù)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）。

剩下的事情，就是要有一個(gè)控制器，去控制將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)送到ALU中去做運(yùn)算，然后將結(jié)果存回到存儲(chǔ)器中來。數(shù)據(jù)放在哪，做什么運(yùn)算，這些都由指令來告訴控制器，每一個(gè)簡單的運(yùn)算都對(duì)應(yīng)一條指令，這些指令序列就組成了完成這個(gè)復(fù)雜功能的程序。

這就是計(jì)算機(jī)的通用計(jì)算模型，這個(gè)模型可以用下面這個(gè)圖描述。

數(shù)據(jù)要從外部輸入進(jìn)來，也要輸出出去，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。

這個(gè)結(jié)構(gòu)也就是馮·諾依曼在他著名的“關(guān)于EDVAC的報(bào)告草案”中描述的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)被叫做馮·諾依曼機(jī)，實(shí)際上，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都是馮·諾依曼機(jī)。

與專用數(shù)字電路不同的是，這臺(tái)硬件什么也做不了，除非配上具體的軟件。軟件由指令序列組成，決定了計(jì)算機(jī)要完成的功能。

藝術(shù)家下鄉(xiāng)表演，到一個(gè)地方，搭一次臺(tái)，演出一次，而紅磡體育館這些地方，一次建好后，各位明星都可以去那里獻(xiàn)唱。計(jì)算機(jī)就是紅磡體育館：硬件搭臺(tái)，軟件唱戲。

隨后，集成電路發(fā)展起來，人們發(fā)現(xiàn)，電路可以在一塊小小的芯片上實(shí)現(xiàn)，于是，計(jì)算機(jī)的基本功能就被轉(zhuǎn)移到了一塊芯片上，這塊芯片就叫處理器，再配上各種輸入輸出設(shè)備，以及其他輔助設(shè)備，就組成了現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)。