CPU出现于大规模集成电路时代，处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。从初于数学计算到广泛应用于通用计算，从4位到8位、16位、32位处理器，后到64位处理器，从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现，CPU 自诞生以来一直在飞速发展。 [1]
CPU发展已经有40多年的历史了。我们通常将其分成六个阶段。 [3]
(1)阶段(1971年-1973年)。这是4位和8位低档微处理器时代，代表产品是Intel 4004处理器。 [3]
1971年，Intel生产的4004微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，标志着CPU的诞生； 1978年，8086处理器的出现奠定了X86指令集架构， 随后8086系列处理器被广泛应用于个人计算机终端、服务器以及云服务器中。 [1]
(2)第二阶段(1974年-1977年)。这是8位中微处理器时代，代表产品是Intel 8080。此时指令系统已经比较完善了。 [3]
(3)第三阶段(1978年-1984年)。这是16位微处理器的时代，代表产品是Intel 8086。相对而言已经比较成熟了。 [3]
(4)第四阶段(1985年-1992年)。这是32位微处理器时代，代表产品是Intel 80386。已经可以胜任多任务、多用户的作业。 [3]
1989 年发布的80486处理器实现了5级标量流水线，标志着CPU的初步成熟，也标志着传统处理器发展阶段的结束。 [1]
(5)第五阶段(1993年-2005年)。这是奔腾系列微处理器的时代。 [3]
1995 年11 月，Intel发布了Pentium处理器，该处理器采用超标量指令流水结构，引入了指令的乱序执行和分支预测技术，大大提高了处理器的性能， 因此，超标量指令流水线结构一直被后续出现的现代处理器，如AMD（Advanced Micro devices）的锐龙、Intel的酷睿系列等所采用。 [1]
(6)第六阶段(2005年后)。处理器逐渐向更多核心，更高并行度发展。典型的代表有英特尔的酷睿系列处理器和AMD的锐龙系列处理器。 [3]
为了满足操作系统的上层工作需求，现代处理器进一步引入了诸如并行化、多核化、虚拟化以及远程管理系统等功能，不断推动着上层信息系统向前发展。
传统计算机存储容量较小，面对大规模数据集的操作效率偏低。新一代计算机采用高配置处理器作为控制中心，CPU在结构功能方面有了很大的提升空间。中央处理器以运算器、控制器为主要装置，逐渐扩散为逻辑运算、寄存控制、程序编码、信号收发等多项功能。这些都加快了CPU调控性能的优化升级。 [5]
CPU总线
CPU总线是在计算机系统中快的总线，同时也是芯片组与主板的核心。人们通常把和CPU直接相连的局部总线叫做CPU总线或者称之为内部总线，将那些和各种通用的扩展槽相接的局部总线叫做系统总线或者是外部总线。在内部结构比较单一的CPU中，往往只设置一组数据传送的总线即CPU内部总线，用来将CPU内部的寄存器和算数逻辑运算部件等连接起来，因此也可以将这一类的总线称之为ALU总线。而部件内的总线，通过使用一组总线将各个芯片连接到一起，因此可以将其称为部件内总线，一般会包含地址线以及数据线这两组线路。系统总线指的是将系统内部的各个组成部分连接在一起的线路，是将系统的整体连接到一起的基础；而系统外的总线，是将计算机和其他的设备连接到一起的基础线路。
运算器是指计算机中进行各种算术和逻辑运算操作的部件， 其中算术逻辑单元是中央处理核心的部分。 [2]
（1）算术逻辑单元（ALU）。算术逻辑单元是指能实现多组 算术运算与逻辑运算的组合逻辑电路，其是中央处理中的重要组成部分。算术逻辑单元的运算主要是进行二位元算术运算，如加法、减法、乘法。在运算过程中，算术逻辑单元主要是以计算机指令集中执行算术与逻辑操作，通常来说，ALU能够发挥直接读入读出的作用，具体体现在处理器控制器、内存及输入输出设备等方面，输入输出是建立在总线的基础上实施。输入指令包含一 个指令字，其中包括操作码、格式码等。 [2]
（2）中间寄存器（IR）。其长度为 128 位，其通过操作数来决定实际长度。IR 在“进栈并取数”指令中发挥重要作用，在执行该指令过程中，将ACC的内容发送于IR，之后将操作数取到ACC，后将IR内容进栈。 [2]
（3）运算累加器（ACC）。当前的寄存器一般都是单累加器，其长度为128位。对于ACC来说，可以将它看成可变长的累加器。在叙述指令过程中，ACC长度的表示一般都是将ACS的值作为依据，而ACS长度与 ACC 长度有着直接联系，ACS长度的加倍或减半也可以看作ACC长度加倍或减半。 [2]
（4）描述字寄存器（DR）。其主要应用于存放与修改描述字中。DR的长度为64位，为了简化数据结构处理，使用描述字发挥重要作用。 [2]
（5）B寄存器。其在指令的修改中发挥重要作用，B 寄存器长度为32位，在修改地址过程中能保存地址修改量，主存地址只能用描述字进行修改。指向数组中的个元素就是描述字， 因此，访问数组中的其它元素应当需要用修改量。对于数组成来说，其是由大小一样的数据或者大小相同的元素组成的，且连续存储，常见的访问方式为向量描述字，因为向量描述字中的地址为字节地址，所以，在进行换算过程中，应当进行基本地址 的相加。对于换算工作来说，主要是由硬件自动实现，在这个过程中尤其要注意对齐，以免越出数组界限。 [2]
控制器
控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和 改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动与反向的主令装置。控制器由程序状态寄存器PSR，系统状态寄存器SSR， 程序计数器PC，指令寄存器等组成，其作为“决策机构”，主要任务就是发布命令，发挥着整个计算机系统操作的协调与指挥作用。 控制的分类主要包括两种，分别为组合逻辑控制器、微程序控制器，两个部分都有各自的优点与不足。其中组合逻辑控制器结构相对较复杂，但优点是速度较快；微程序控制器设计的结构简单，但在修改一条机器指令功能中，需对微程序的全部重编。
中央处理器强大的数据处理功有效提升了计算机的工作效率，在数据加工操作时，并不仅仅只是一项简单的操作，中央处理器的操作是建立在计算机使用人员下达的指令任务基础上，在执行指令任务过程中，实现用户输入的控制指令与CPU的相对应。随着我国信息技术的快速发展，计算机在人们生活、工作 以及企业办公自动化中得到广泛应用，其作为一种主控设备，为促进电子商务网络的发展起着促进作用，使 CPU 控制性能的升级进程得到很大提高。指令控制、实际控制、操作控制等就是计算机 CPU 技术应用作用表现。 [2]
（1）选择控制。集中处理模式的操作，是建立在具体程序指令的基础上实施，以此满足计算机使用者的需求，CPU 在操作过程中可以根据实际情况进行选择，满足用户的数据流程需求。 指令控制技术发挥的重要作用。根据用户的需求来拟定运算方式，使数据指令动作的有序制定得到良好维持。CPU在执行当中，程序各指令的实施是按照顺利完成，只有使其遵循一定顺序，才能计算机使用效果。CPU 主要是展开数据集自动化处理，其 是实现集中控制的关键，其核心就是指令控制操作。 [2]
（2）插入控制。CPU 对于操作控制信号的产生，主要是通过指令的功能来实现的，通过将指令发给相应部件，达到控制这些部件的目的。实现一条指令功能，主要是通过计算机中的部件执行一序列的操作来完成。较多的小控制元件是构建集中处理模式的关键，目的是为了更好的完成CPU数据处理操作。 [2]
（3）时间控制。将时间定时应用于各种操作中，就是所谓的时间控制。在执行某一指令时，应当在规定的时间内完成，CPU的指令是从高速缓冲存储器或存储器中取出，之后再进行指令译码操作，主要是在指令寄存器中实施，在这个过程中，需要注意严格控制程序时间。
PLC实质是一种于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b. 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块
f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等
(3)线性优励磁控制LOEC。为了进一步改善电力系统小干扰稳定及动态品质， 70年代初，国际上一些学者提出了线性优控制方式LOEC。80年代清华大学对此进 行了研究，研制成功工业样机，经由天津电气传动研究所、武汉洪山电工研究所制造生产的产品，已在碧口、刘家峡、白山、红石等水电站的机组上投入运行。有资料说明， 结合实际计算，这种励磁调节方式，可将系统动态稳定极限角δm提高到127°。但是， 它是基于系统全状态量的优线性反馈的，要求状态量能实际测量，从而给实际应用带来了困难。而且将其应用于多机电力系统励磁控制设计时，不能得到分散的优控制规 律，只能得到次优的控制方案，这不能不是一种缺陷，在非线性系统中，一旦偏离了设计工况，优控制就不存在了。
(4)零动态多变量励磁控制ZDEOC。ZDEOC的设计原则是仅仅输出状态量的 动态品质在任何时刻都是优的，即系统输出状态量的动态偏差Y (t)在任何时候都 趋于零，即，当t≥0时，Y (t) =0。而对其发电机的其他状态，即内部状态，无须 苛求，只求稳定即可。这种调节规律系由清华大学提出，在电力自动化研究院电气控制 技术所生产SJ800微机励磁调节器上配置，已在动模上作了单机无穷大系统试验，证明 能有效改善远距离输电系统稳定性，现已在岩滩水电站300MW机组上投入运行。
非线性多变量励磁控制NEC
NEC在设计中，对于小干扰和大干扰，都采用电力系统的非线性模型。应用微 分几何方法对电力模型(可表示为一个标准的仿射非线性系统)进行线性化，寻找适 当的坐标变换及非线性状态反馈，使系统转化为一个完全可控的线性系统，由此求出线性 优控制，从而求得非线性控制。经变量代换，终得出非线性优控制规律NOEC。
清华大学用这种NEC的理论和方法设计并研究成功GEC-1型微机非线性励磁控 制器，它一举解决了电力系统小干扰与大干扰控制的统一性、控制对电网参数的鲁棒 性、分散优控制等三个关键问题，有利于提高输电系统的安全稳定水平。
GEC-1型微机非线性励磁控制器，从1994年11月起已经在丰满水电站一台容量为 85MW的水轮发电机组和10台容量为100～200MW的汽轮发电机上成功地运行。西北电网的稳定仿真计算表明，依靠这种控制器不仅抑制了西电东送所出现的弱阻尼振荡，而且还 提高了东电西送动态稳定极限。对三峡工程机组励磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各种运行方式下，都能提供很强的人工阻尼，在提高系统暂态和静态稳定方面，均优于目前 的所有PSS和LOEC。以单机对无穷大系统的为例，静态稳定极限比采用PID方式提高 35.7%，比采用PSS方式提高7.1%，比采用LOEC方式提高15.7%;暂态稳定极限比采用 PID方式提高38%，比采用PSS方式提高4.7%，比采用LOEC方式提高14.2%。
