中央处理器（CPU），也称为中央处理器、主处理器或仅称为处理器，是计算机内执行构成计算机程序的指令的电子电路。CPU执行由程序中的指令指定的基本算术、逻辑、控制和输入/输出（I/O）操作。计算机行业早在1955年就使用了“中央处理器”这一术语。传统上，术语“ CPU ”指的是处理器，更具体地说是指其处理单元和控制单元（Cu），以将计算机的这些核心元件与主存储器和I/O电路等外部组件区分开来。
CPU的形式、设计和实现在其历史进程中发生了变化，但其基本操作几乎保持不变。CPU的主要部件包括执行算术和逻辑运算的算术逻辑单元（ALU）、向ALU提供操作数并存储ALU运算结果的处理器寄存器、以及通过指导ALU、寄存器和其他部件的协调操作来协调指令的获取（从存储器）和执行的控制单元。
大多数现代CPU是微处理器，其中CPU包含在单个金属氧化物半导体（MOS）集成电路（IC）芯片上。包含CPU的IC还可以包含存储器、外围接口和计算机的其他组件；这种集成设备被不同地称为微控制器或片上系统（SoC）。一些计算机采用多核处理器，多核处理器是包含两个或更多CPU（称为“核心”）的单个芯片或“插槽”。
阵列处理器或向量处理器具有并行操作的多个处理器，没有被视为中心的单元。虚拟CPU是动态聚合计算资源的抽象。
早期的计算机，如ENIAC，必须在物理上重新布线才能执行不同的任务，这使得这些机器被称为“固定程序计算机”。由于术语“ CPU ”通常被定义为用于软件（计算机程序）执行的设备，因此最早可以被正确地称为CPU的设备是随着存储程序计算机的出现而出现的。
在J.Presper Eckert和John William Mauchly的ENIAC的设计中已经提出了存储程序计算机的想法，但最初被省略了，以便更快地完成。1945年6月30日，在ENIAC被制造出来之前，数学家约翰·冯·诺伊曼分发了一篇题为《关于EDVAC的报告初稿》的论文。这是一个存储程序计算机的轮廓，最终将于1949年8月完成。EDVAC被设计用于执行一定数量的各种类型的指令（或操作）。值得注意的是，为EDVAC编写的程序将存储在高速计算机内存中，而不是由计算机的物理布线指定。这克服了ENIAC的严重限制，即重新配置计算机以执行新任务所需的大量时间和精力。[10]在冯·诺依曼的设计中，EDVAC运行的程序可以简单地通过改变存储器的内容来改变。然而，EDVAC并不是第一台存储程序计算机；Manchester Baby是一台小型实验性存储程序计算机，于1948年6月21日运行了第一个程序，Manchester Mark 1于1949年6月16日至17日夜间运行了第一个程序。
20世纪70年代初，MOS集成电路技术的进步导致了微处理器的发明。自从1971年推出第一个商用微处理器Intel 4004和1974年推出第一个广泛使用的微处理器Intel 8080以来，这类CPU几乎完全取代了所有其他中央处理器实现方法。当时的大型机和小型机制造商推出了专有IC开发计划，以升级其较旧的计算机体系结构，并最终生产出与其较旧的硬件和软件向后兼容的指令集兼容微处理器。结合无处不在的个人计算机的出现和最终成功，术语CPU现在几乎只适用于微处理器。多个CPU（表示为核）可以组合在单个处理芯片中。
前几代CPU被实现为分立元件和一个或多个电路板上的众多小型集成电路（IC）。另一方面，微处理器是在数量非常少的IC上制造的CPU；通常只有一个。由于在单个芯片上实现，CPU的整体尺寸更小，这意味着更快的开关时间，因为物理因素（如栅极寄生电容降低）。这使得同步微处理器的时钟频率可以从几十兆赫到几千兆赫。此外，在IC上构造极小的晶体管的能力已经成倍地增加了单个CPU中的晶体管的复杂性和数量。摩尔定律（Moore s Law）描述了这一广泛观察到的趋势，该定律已被证明是2016年之前CPU（和其他IC）复杂性增长的一个相当准确的预测指标。
虽然自1950年以来，CPU的复杂性、尺寸、结构和一般形式发生了巨大变化，但其基本设计和功能却没有发生太大变化。今天，几乎所有常见的CPU都可以非常准确地描述为冯·诺依曼存储程序机。随着摩尔定律不再成立，人们开始关注集成电路晶体管技术的局限性。电子门的极度小型化导致电迁移和亚阈值泄漏等现象的影响变得更加显著。这些新的关注点是促使研究人员研究新的计算方法（如量子计算机）以及扩展并行性和其他扩展经典冯·诺依曼模型有用性的方法的众多因素之一。
在许多其他因素中，处理器的性能或速度取决于时钟速率（通常以赫兹的倍数给出）和每个时钟的指令数（IPC），它们一起是CPU可以执行的每秒指令数（IPS）的因素。许多报告的IPS值表示具有很少分支的人工指令序列上的“峰值”执行速率，而实际工作负载由指令和应用程序的混合组成，其中一些指令和应用程序的执行时间比其他指令和应用程序的执行时间更长。内存层次结构的性能也会极大地影响处理器性能，这是MIPS计算中很少考虑的问题。由于这些问题，已经开发了各种标准化测试（通常称为“基准测试”）（如SPECint），以尝试测量常用应用程序中的实际有效性能。
通过使用多核处理器来提高计算机的处理性能，多核处理器本质上是将两个或多个单独的处理器（在此意义上称为核）插入到一个集成电路中。理想情况下，双核处理器的性能几乎是单核处理器的两倍。在实践中，由于不完善的软件算法和实现，性能增益要小得多，仅为50%左右。增加处理器中的核心数量（即双核、四核等）会增加可处理的工作负载。这意味着处理器现在可以处理大量的异步事件、中断等。这会在过载时对CPU造成损害。这些核心可以被认为是加工厂中的不同楼层，每个楼层处理不同的任务。有时，如果单个内核不足以处理信息，这些内核将处理与其相邻内核相同的任务。
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