电脑，是现代科技中，最直接影响人们生活的技术。我们常用的笔电、智能手机都可算是电脑的一种。然而，电脑究竟是如何运作的呢？先前一系列文章中，已经介绍过 IC 的制造流程，电脑中的零组件大多是依循着这些流程制造出来的。然而，电脑究竟有哪些零组件？他们又是如何运作的？
首先，电脑有两个重要元件，分别为 CPU 以及内存。CPU 负责做电脑控制，内存则做常用资料的储存。也因此，大多数的消费者在升级电脑时，会优先升级这两者。其他的零组件则还有负责进行图形计算的 GPU 以及储存大量资料的硬盘等。
CPU，电脑的核心
CPU，全名中央处理器（Central processing unit），是电脑的大脑。在电脑中，所有的指令都是 CPU 所下。它的重要性，就像是一间公司的全能经理，一个人便能完成多种复杂的工作，还会依照每个人的特性分配工作。只要有 CPU，整台电脑都会在掌控中，稳定的运作。
因为 CPU 是电脑的大脑，当要升级电脑的时候，优先升级的其中一个零组件便是 CPU。因此，在电脑规格中，各家的规格也就会优先标注每台电脑采用哪一家的 CPU，效能比前一代快多少等。
CPU 主要会分成三个部分，分别为“控制单元”、“算数逻辑运算单元”与“暂存器”。控制元件会依据程式的指令，控制算术逻辑运算单元以及暂存器的运作。算术逻辑运算单元则负责进行四则运算，以及布林逻辑运算。暂存器会储存等待运算以及运算完的资料，此外还包含控制元件要接续执行的指令。下图为 CPU 内部的简图。
电脑架构、设计以及实作的规范
目前，消费市场中最常见的 CPU 主要有两大家族：X86 架构以及 ARM 架构。架构指的是电脑内部的设计以及实作的规范。像 ARM 以及 X86 就有不同的规范，影响两者的实作方法以及效能。此外，架构可再细分成指令集架构以及微架构。
指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA），是电脑指令的集合。ISA 就像是宪法，宪法只有规范大致的政府组织架构以及人民的权利和义务，剩下的就由法律补足。ISA 只规范 CPU 设计的规格，实际的实作方法则由微架构定义。
在 ISA 的规格中，只有要求 CPU 要支援哪些指令以及暂存器的大小。此外，支援的指令种类会影响控制元件的设计以及算数逻辑运算单元，因为控制元件是解读指令，并控制算数逻辑运算单元的运作并将结果存至暂存器里。可以说整个 CPU 是依循着 ISA 而生。
微架构（Microarchitecture），则是定义要如何实作出一颗 CPU。如果说 ISA 是宪法，那微架构就是法律。微架构明确的定义了实作 CPU 要有哪些元件，以及运行速度还有运行顺序。此外，一个 ISA 可以产生多种微架构并不断地改版。就像法律会依循社会而不断的变动，但是宪法不会一直变动一样。
Intel 新一代的 CPU 就是透过微架构的更新升级。近期推出的 Skylake 就是一例，Skylake 和 Broadwell 皆为 14nm 制程且都是 X86 架构，但是因为内部的设计改变使得效能有所不同。采用 ARM 架构的企业，也会因微架构的不同导致手机芯片有不同的效能，这也就是为何一样采用 ARM 架构但是四核心的 CPU 不输其他间企业的八核心 CPU。
X86 和 ARM 授权差异
ARM 架构主要是由 ARM 这间企业拥有，他们不自行制造 CPU 而是采用授权的方式，让其他企业得以依循 ARM 的规范制造 CPU，或由 ARM 直接贩售 CPU 的制造方法。因此，才会有这么多企业采用，拥有相当高的市占率。采用 ARM 的 CPU 主要有 Apple、高通、联发科等，大部分的手机以及平板都是使用 ARM 架构的 CPU。
和 ARM 相比，X86 则是由 Intel 和 AMD 等企业自主设计以及制造，所以市面上的桌机或笔电大多是 X86 架构的 CPU。此外，由于 X86 尚未采取和 ARM 一样的方式，授权其他厂商采用该架构，这也就是为何采用 X86 的企业比采用 ARM 的企业还要少。
然而，为何 X86 得以在市场上占有一席之地而非被 ARM 取代？主因是两者早期在发展时，追求不同的目标，X86 主攻高速计算，ARM 则是主攻低耗能。因此，在市场上，会有低时脉双核心笔电的 CPU 计算速度胜于高时脉 8 核心的手机 CPU 的情形发生。
由此可知，多核心或高时脉并不全然代表高效能，还会有其他的因素参杂其中。像是微架构的新旧版本之差异、内部电路设计的改进、软件支援的完善程度等。所以当有业者强调高时脉或多核心就代表高效能时，不需全然接受，毕竟有多种因素会抵销多核或高时脉所带来的优势。
但是，随着技术的演进，现在 X86 和 ARM 都在朝向对手原有的优势发展，低功耗 Core M 的问世便是最明显的例子。接下来，这两大架构间的竞争将越来越激烈，或许会越来越常看到采用 X86 的手机或是采用 ARM 的笔电。之后，这两者会提出何种方案以应对，令人相当期待。
（首图来源：Flickr/qwikrex CC BY 2.0）
