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                      CPU基礎知識多篇

                      發布時間:2020-12-20 09:40:23 審核編輯:本站小編下載該Word文檔收藏本文

                      【編輯】CPU基礎知識多篇為好范文網的會員投稿推薦,但愿對你的學習工作帶來幫助。

                      CPU基礎知識多篇

                      CPU的英文全稱是(Central ProcessingUnit),中文意思翻譯中央處理器,是計算機的主要設備之一,功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。計算機的可編程性主要是指對中央處理器的編程。下面就讓小編帶你去看看CPU基礎知識大全,希望能幫助到大家!

                      關于 CPU 的一些基本知識總結

                      CPU是計算機的大腦。

                      1、程序的運行過程,實際上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的執行過程。

                      當程序要執行的部分被裝載到內存后,CPU要從內存中取出指令,然后指令解碼(以便知道類型和操作數,簡單的理解為CPU要知道這是什么指令),然后執行該指令。再然后取下一個指令、解碼、執行,以此類推直到程序退出。

                      2、這個取指、解碼、執行三個過程構成一個CPU的基本周期。

                      3、每個CPU都有一套自己可以執行的專門的指令集(注意,這部分指令是CPU提供的,CPU-Z軟件可查看)。

                      正是因為不同CPU架構的指令集不同,使得__86處理器不能執行ARM程序,ARM程序也不能執行__86程序。(Intel和AMD都使用__86指令集,手機絕大多數使用ARM指令集)。

                      注:指令集的軟硬件層次之分:硬件指令集是硬件層次上由CPU自身提供的可執行的指令集合。軟件指令集是指語言程序庫所提供的指令,只要安裝了該語言的程序庫,指令就可以執行。

                      4、由于CPU訪問內存以得到指令或數據的時間要比執行指令花費的時間長很多,因此在CPU內部提供了一些用來保存關鍵變量、臨時數據等信息的通用寄存器。

                      所以,CPU需要提供 一些特定的指令,使得可以從內存中讀取數據存入寄存器以及可以將寄存器數據存入內存。

                      此外還需要提供加法、減、not/and/or等基本運算指令,而乘除法運算都是推算出來的(支持的基本運算指令參見ALUFunctions),所以乘除法的速度要慢的多。這也是算法里在考慮時間復雜度時常常忽略加減法次數帶來的影響,而考慮乘除法的次數的原因。

                      5、除了通用寄存器,還有一些特殊的寄存器。

                      典型的如:

                      PC:program counter,表示程序計數器,它保存了將要取出的下一條指令的內存地址,指令取出后,就會更新該寄存器指向下一條指令。

                      堆棧指針:指向內存當前棧的頂端,包含了每個函數執行過程的棧幀,該棧幀中保存了該函數相關的輸入參數、局部變量、以及一些沒有保存在寄存器中的臨時變量。

                      PSW:program statusword,表示程序狀態字,這個寄存器內保存了一些控制位,比如CPU的優先級、CPU的工作模式(用戶態還是內核態模式)等。

                      6、在CPU進行進程切換的時候,需要將寄存器中和當前進程有關的狀態數據寫入內存對應的位置(內核中該進程的?臻g)保存起來,當切換回該進程時,需要從內存中拷貝回寄存器中。

                      即上下文切換時,需要保護現場和恢復現場。

                      7、為了改善性能,CPU已經不是單條取指-->解碼-->執行的路線,而是分別為這3個過程分別提供獨立的取值單元,解碼單元以及執行單元。這樣就形成了流水線模式。

                      例如,流水線的最后一個單元——執行單元正在執行第n條指令,而前一個單元可以對第n+1條指令進行解碼,再前一個單元即取指單元可以去讀取第n+2條指令。這是三階段的流水線,還可能會有更長的流水線模式。

                      8、更優化的CPU架構是superscalar架構(超標量架構)。

                      這種架構將取指、解碼、執行單元分開,有大量的執行單元,然后每個取指+解碼的部分都以并行的方式運行。比如有2個取指+解碼的并行工作線路,每個工作線路都將解碼后的指令放入一個緩存緩沖區等待執行單元去取出執行。

                      9、除了嵌入式系統,多數CPU都有兩種工作模式:內核態和用戶態。

                      這兩種工作模式是由PSW寄存器上的一個二進制位來控制的。

                      10、內核態的CPU,可以執行指令集中的所有指令,并使用硬件的所有功能。

                      11、用戶態的CPU,只允許執行指令集中的部分指令。

                      一般而言,IO相關和把內存保護相關的所有執行在用戶態下都是被禁止的,此外其它一些特權指令也是被禁止的,比如用戶態下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態。

                      12、用戶態CPU想要執行特權操作,需要發起系統調用來請求內核幫忙完成對應的操作。

                      其實是在發起系統調用后,CPU會執行trap指令陷入(trap)到內核。當特權操作完成后,需要執行一個指令讓CPU返回到用戶態。

                      13、除了系統調用會陷入內核,更多的是硬件會引起trap行為陷入內核,使得CPU控制權可以回到操作系統,以便操作系統去決定如何處理硬件異常。

                      關于CPU的基本組成

                      1、CPU是用來運算的(加法運算+、乘法運算__、邏輯運算and

                      not or等),例如c=a+b。

                      2、運算操作涉及到數據輸入(input)、處理、數據輸出(output),a和b是輸入數據,加法運算是處理,c是輸出數據。

                      3、CPU需要使用一個叫做存儲器(也就是各種寄存器)的東西保存輸入和輸出數據。

                      以下是幾種常見的寄存器(前文也介紹了一些)

                      MAR: memory address register,保存將要被訪問數據在內存中哪個地址處,保存的是地址值

                      MDR: memory data register,保存從內存讀取進來的數據或將要寫入內存的數據,保存的是數據值

                      AC: Accumulator,保存算術運算和邏輯運算的中間結果,保存的是數據值

                      PC: Program Counter,保存下一個將要被執行指令的地址,保存的是地址值

                      CIR: current instruction register,保存當前正在執行的指令

                      4、CPU還要將一些常用的基本運算工具(如加法器)放進CPU,這部分負責運算,稱為算術邏輯單元(ALU,

                      Arithmetic LogicUnit)。

                      5、CPU中還有一個控制器(CU,

                      Control Unit),負責將存儲器中的數據送到ALU中去做運算,并將運算后的結果存回到存儲器中。

                      控制器還包含了一些控制信號。

                      5、控制器之所以知道數據放哪里、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,每個指令對應一個基本操作,比如加法運算對應一個指令。

                      6、例如,將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數據)中的值拷貝到ALU中,然后根據指定的操作指令執行加法運算,將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中,最后寫入到內存。

                      7、這就是馮諾依曼結構圖,也就是現在計算機的結構圖。

                      關于CPU的多核和多線程

                      1、CPU的物理個數由主板上的插槽數量決定,每個CPU可以有多核心,每核心可能會有多線程。

                      2、多核CPU的每核(每核都是一個小芯片),在OS看來都是一個獨立的CPU。

                      3、對于超線程CPU來說,每核CPU可以有多個線程(數量是兩個,比如1核雙線程,2核4線程,4核8線程),每個線程都是一個虛擬的邏輯CPU(比如windows下是以邏輯處理器的名稱稱呼的),而每個線程在OS看來也是獨立的CPU。

                      這是欺騙操作系統的行為,在物理上仍然只有1核,只不過在超線程CPU的角度上看,它認為它的超線程會加速程序的運行。

                      4、要發揮超線程優勢,需要操作系統對超線程有專門的優化。

                      5、多線程的CPU在能力上,比非多線程的CPU核心要更強,但每個線程不足以與獨立的CPU核心能力相比較。

                      6、每核上的多線程CPU都共享該核的CPU資源。

                      例如,假設每核CPU都只有一個"發動機"資源,那么線程1這個虛擬CPU使用了這個"發動機"后,線程2就沒法使用,只能等待。

                      所以,超線程技術的主要目的是為了增加流水線(參見前文對流水線的解釋)上更多個獨立的指令,這樣線程1和線程2在流水線上就盡量不會爭搶該核CPU資源。所以,超線程技術利用了superscalar(超標量)架構的優點。

                      7、多線程意味著每核可以有多個線程的狀態。

                      比如某核的線程1空閑,線程2運行。

                      8、多線程沒有提供真正意義上的并行處理,每核CPU在某一時刻仍然只能運行一個進程,因為線程1和線程2是共享某核CPU資源的。

                      可以簡單的認為每核CPU在獨立執行進程的能力上,有一個資源是唯一的,線程1獲取了該資源,線程2就沒法獲取。

                      但是,線程1和線程2在很多方面上是可以并行執行的。比如可以并行取指、并行解碼、并行執行指令等。所以雖然單核在同一時間只能執行一個進程,但線程1和線程2可以互相幫助,加速進程的執行。

                      并且,如果線程1在某一時刻獲取了該核執行進程的能力,假設此刻該進程發出了IO請求,于是線程1掌握的執行進程的能力,就可以被線程2獲取,即切換到線程2。這是在執行線程間的切換,是非常輕量級的。(WIKI:if resources for one process are not available, then another process cancontinue if its resources are available)

                      9、多線程可能會出現一種現象:假如2核4線程CPU,有兩個進程要被調度,那么只有兩個線程會處于運行狀態,如果這兩個線程是在同一核上,則另一核完全空轉,處于浪費狀態。

                      更期望的結果是每核上都有一個CPU分別調度這兩個進程。

                      關于CPU上的高速緩存

                      1、最高速的緩存是CPU的寄存器,它們和CPU的材料相同,最靠近CPU或最接近CPU,訪問它們沒有時延(<1ns)。但容量很小,小于1kb。

                      32bit:32__32比特=128字節

                      64bit:64__64比特=512字節

                      2、寄存器之下,是CPU的高速緩存。

                      分為L1緩存、L2緩存、L3緩存,每層速度按數量級遞減、容量也越來越大。

                      3、每核心都有一個自己的L1緩存。

                      L1緩存分兩種:L1指令緩存(L1-icache)和L1數據緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解碼指令,L1數據緩存用來放訪問非常頻繁的數據。

                      4、L2緩存用來存放近期使用過的內存數據。

                      更嚴格地說,存放的是很可能將來會被CPU使用的數據。

                      5、多數多核CPU的各核都各自擁有一個L2緩存,但也有多核共享L2緩存的設計。

                      無論如何,L1是各核私有的(但對某核內的多線程是共享的)。

                      操作系統之CPU知識掃盲

                      關于馮·諾依曼結構

                      馮·諾依曼結構(Von Neumannarchitecture)是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的計算機設計概念結構。馮·諾依曼結構隱約指導了將存儲設備與中央處理器分開?的概念,因此依本結構設計出的計算機又稱存儲程序計算機,這也是目前大多數計算機設計的主要參考原則。

                      最早的計算機器僅內含固定用途的程序,F代的某些計算機依然維持這樣的設計方式,通常是為了簡化或教育目的。例如一個計算器僅有固定的數學計算程序,它不能拿來當作文字處理軟件,更不能拿來玩游戲。若想要改變此機器的程序,你必須更改線路、更改結構甚至重新設計此機器。當然最早的計算機并沒有設計的那么可編程。當時所謂的“重寫程序”很可能指的是紙筆設計程序步驟,接著制訂工程細節,再施工將機器的電路配線或結構改變。

                      而存儲程序型計算機的概念改變了這一切。借由創造一組指令集結構,并將所謂的運算轉化成一串程序指令的運行細節,可讓程序運行時自我修改程序的運算內容,讓此機器更有彈性。借著將指令當成一種特別類型的靜態數據,一臺存儲程序型計算機可輕易改變其程序,并在程控下改變其運算內容。馮·諾伊曼結構與存儲程序型計算機是互相通用的名詞。而哈佛結構則是一種將程序數據與普通數據分開存儲的設計概念,但是它并未完全突破馮.諾伊曼架構。

                      CPU執行原理

                      CPU的主要運作原理,不論其外觀,都是執行儲存于被稱為程序里的一系列指令。在此討論的是遵循普遍的馮·諾伊曼結構(von Neumannarchitecture)設計的裝置。程序以一系列數字儲存在計算機存儲器中。差不多所有的馮·諾伊曼CPU的運作原理可分為四個階段:提取、解碼、執行和寫回。

                      (1)提取

                      從程序內存中檢索指令(為數值或一系列數值)。由程序計數器指定程序存儲器的位置,程序計數器保存供識別目前程序位置的數值。換言之,程序計數器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。提取指令之后,PC根據指令式長度增加存儲器單元[iwordlength]。指令的提取常常必須從相對較慢的存儲器查找,導致CPU等候指令的送入。這個問題主要被論及在現代處理器的緩存和管線化架構。

                      (2)解碼

                      CPU根據從存儲器提取到的指令來決定其執行行為。在解碼階段,指令被拆解為有意義的片斷。根據CPU的指令集架構(ISA)定義將數值解譯為指令[isa]。一部分的指令數值為運算碼,其指示要進行哪些運算。其它的數值通常供給指令必要的信息

                      (3)執行

                      在提取和解碼階段之后,接著進入執行階段。該階段中,連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。例如,要求一個加法運算,算術邏輯單元將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值,而且在輸出將含有總和結果。ALU內含電路系統,以于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算(比如加法和比特運算)。如果加法運算產生一個對該CPU處理而言過大的結果,在標志寄存器里,溢出標志可能會被設置

                      (4)寫回

                      最終階段,寫回,以一定格式將執行階段的結果簡單的寫回。運算結果經常被寫進CPU內部的寄存器,以供隨后指令快速訪問。在其它案例中,運算結果可能寫進速度較慢,如容量較大且較便宜的主存

                      注意,這上面的4個階段與我們編寫程序是非常相關的,但編程語言里面可能會簡化,并把2和3階段合并,分為:加載,處理,寫回。在多線程編程里面,了解這幾個概念至關重要,由此可以延伸,數據從哪里加載,在哪里執行,最后結果又寫回了哪里。指令數據一般從內存里面加載,但是內存的訪問時間,相比cpu慢了n多倍,所以為了加速處理,cpu一般把指令給加載到離cpu更近的寄存器里面,或者是L1,L2,L3的cache來提速,最終計算出來的結果,還要寫回內存。正是因為cpu執行指令復雜,所以這里面其實牽扯到很多問題,比如多個線程如何協作處理任務,以及如何保證程序數據的原子性,有序性,可見性。而這正是Java的內存模型出現的意義。在其他不同的編程語言里面其實都有在操作系統之上抽象的內存模型來應對不同的cpu架構的的差異,這一點需要注意。

                      多個單核CPU vs 單個多核CPU

                      多個單核CPU:

                      成本更高,因為每個CPU都需要一定的線路電路支持,這樣對主板上布局布線極為不便。并且當運行多線程任務時,多線程間通信協同合作也是一個問題。依賴總線的傳輸,速度較慢,且每一個線程因為運行在不同的CPU上。導致不同線程間各開一個Cache,會造成資源的浪費,同時如果線程間協作就會有冗余數據的產生,更加大了內存的開銷。

                      單個多核CPU:

                      可以很好地規避基本上多個單核CPU提到的所有缺點。他不需要考慮硬件上的開銷以及復雜性問題,同時也可以很好地解決多線程間協同工作的問題,減少內存的開銷,因為多線程程序在多核CPU中運行是共用一塊內存區的,數據的傳輸速度比總線來的要快同時不會有冗余數據的產生。單個多核CPU的問題也是顯而易見的,假設倆大程序,每一個程序都好多線程還幾乎用滿cache,它們分時使用CPU,那在程序間切換的時候,光指令和數據的替換就是個問題。

                      單個多核cpu已經成為個人計算機的主流配置,多個多核的cpu在一些大型的服務器里面也很常見。

                      超線程

                      “超線程”(HyperthreadingTechnology)技術就是通過采用特殊的硬件指令,可以把兩個邏輯內核模擬成兩個物理超線程芯片,在單處理器中實現線程級的并行計算,同時在相應的軟硬件的支持下大幅度的提高運行效能,從而使單處理器上模擬雙處理器的效能。其實,從實質上說,超線程是一種可以將CPU內部暫時閑置處理資源充分“調動”起來的技術。

                      每個單位時間內,CPU只能處理一個線程,以這樣的單位進行,如果想要在單位時間內處理超過一個的線程,是不可能的,除非是有兩個核心處理單元,英特爾的HT技術便是以單個核心處理單元,去整合兩個邏輯處理單元,也就是一個實體核心,兩個邏輯核心,在單位時間內處理兩個線程,模擬雙核心運作。

                      簡單的說,超線程就是在單個core中,模擬出兩個邏輯處理單元,以此能夠提高程序執行的并發能力,提高系統cpu資源的利用率。

                      至此,關于CPU的個數,核數,邏輯CPU的個數計算關系如下:

                      (1)總核數 = 物理CPU個數 __ 每顆物理CPU的核數

                      (2)總邏輯CPU數 = 物理CPU個數 __ 每顆物理CPU的核數 __ 超線程數

                      一些概念解釋如下:

                      舉例,在一個Mac Pro的機器上,可以通過關于本機,系統報告選項中,看到當前系統的基本配置情況,如下:

                      比如上面的信息中,顯示了當前的系統物理上只擁有一個cpu,但是這個cpu有4個核。然后,我們查詢其邏輯cpu的個數,會發現顯示是8個:(在Mac上打開活動監視器,然后雙擊最下面的中間的cpu負載的地方,就可以看到)

                      這就是因為每個核又有2個超線程,所以8個邏輯cpu個數=1物理cpu個數 __ 4核 __2個超線程,最終也就是說如果我要編寫一個多線程計算密集型的程序任務,起的線程數可以以邏輯cpu的個數作為參照。當然如果是io密集型的任務,可以開的更多一點。

                      CPU性能參數

                      計算機的性能在很大程度上由CPU的性能決定,而CPU的性能主要體現在其運行程序的速度上。影響運行速度的性能指標包括CPU的工作頻率、Cache容量、指令系統和邏輯結構等參數。

                      大多數情況下,我們主要關注的是CPU的主頻,也稱時鐘頻率,是指同步電路中時鐘的基礎頻率,它以“每秒時鐘周期”(clock cycles persecond)來度量,單位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz)用來表示CPU的運算、處理數據的速度。通常,主頻越高,CPU處理數據的速度就越快。

                      在上面的mac的參數里面,我們能夠看到在Intel Core i7處理器下,主頻是2.2 GHz,當前主頻高的處理器也在4GHz之內,其主要原因主要在于散熱,提高主頻超過一定范圍后熱密度急速提高,很不經濟,也造成散熱困難。

                      總結

                      本文主要介紹了計算機操作系統中CPU有關的知識,計算機的核心就在于CPU,了解CPU相關的知識,可以讓我們更清楚我們的程序底層執行的過程,從而寫出更健壯的代碼及調優相關的程序。

                      CPU科普知識

                      CPU歷來都是一個高大上的話題,普通吃瓜群眾除了CPU越貴越好之外,可能就一無所知了。曾經小編對于CPU也是一頭霧水,后來請教了很多大神,又查閱了很多資料,才粗略地搞明白了一點。在此,小編就按照自己的理解,盡量用最通俗的語言去撕開CPU神秘的面紗,讓更多人能夠明白CPU。

                      CPU的中文翻譯叫中央處理器,好吧,這其實只是一句廢話,不過為了這個牛逼的翻譯,我們也給它一個牛逼的比喻,那我們就把CPU比喻成一個國家的中央機構,接下來我們一一對應打比喻講解。

                      影響CPU性能的主要因素可以分為兩大塊:主頻和架構。這里看不懂不要緊,接下來聽小編為你一一解釋就懂了。

                      主頻我們可以理解為中央部門的工作能力,架構可以理解為國家的管理制度,主要用于協調中央機構各部門之間的工作。所以整個中央機構的工作效率(CPU性能)主要就是受到這兩個方面的影響。工作能力越高各部門之間協調越好,整體工作效率自然就越高。反之,任何一方面不夠好,都會對整體工作效率造成明顯的影響。

                      我們知道市面上最大的PC處理器主要由兩大品牌Intel和AMD壟斷,而大部分時間里,Intel都是壓著AMD打的,原因就是因為AMD的架構不行,雖然主頻對比Intel不落下風甚至稍微領先,但是整體性能卻被Intel徹底壓制了。這就是因為AMD的中央機構各部門協調能力比Intel差多了,所以即使工作能力差不多,但協調不好,所以整體工作性能就比不過了。

                      說完了性能接下來我們就來說說CPU的結構和工作原理。

                      CPU的結構主要由運算器、控制器、寄存器三大塊組成。

                      ①運算器就是中央機構里負責執行任務的部門,也就是專門干活的;而控制器就是中央機構的領導小組,針對不同需要,給運算器下達不同的命令;寄存器可以理解為控制器和運算器之間的聯絡小組,主要工作就是協調控制器和運算器。

                      運算器這個干活的部門,平日里整個中央機構要干點啥事就找這個部門。例如東邊洪災了,你去賑災吧;西邊發現金礦了,你去主導挖礦吧;北邊下大雪了,你去送溫暖吧;南邊下暴雨了,你去疏導洪流吧……

                      ②而控制器這個部門比較牛逼,他們是不用干活的,主要就是對國家(整部計算機)發生的各種情況,做出應對,然后讓運算器去把活干好。在這里,我們會發現一個大問題:如果這個部門閑的蛋疼,亂下命令怎么辦?這也好辦,我們就制定出一套行為規范來限制他們,不讓他們亂搞。而這套行為規范就是CPU的指令集。

                      指令集就是CPU的行為規范,所有的命令都必須嚴格按照這部行為規范來執行。在這里說明一下不同類型的CPU指令集也不一樣,其中最常見的就是__86架構下的復雜指令集和ARM架構下的簡單指令集。__86就是我們平常電腦CPU的架構,ARM就是手機CPU的架構。

                      由于電腦CPU這個中央機構所在的國家(電腦)面積大、人口多、國情復雜,啥事都會發生,所以規章制度就需要特別完善,考慮到方方面面的情況要怎么應對。而手機CPU這個中央機構國家小、人口少、面積窄,所以規章制度簡單一點就可以了。這就是復雜指令集和簡單指令集的區別。

                      ③寄存器這個部門稍微復雜一點,因為它雖然沒有運算器和控制器那么重要,但是它P事多,控制器平時總喜歡讓寄存器去給運算器傳達個命令。而運算器有時候也會擔心數據太多一時處理不過來,就讓寄存器幫它先記著,有時候工作需要紙筆、螺絲刀之類的小工具,也讓寄存器幫它拿著。

                      了解完寄存器的功能后,又發現了一個問題,如果控制部門下達的命令太多,而運算部門又沒那么快可以做完,又或者運算器讓它記住的東西或者臨時拿著的東西太多,寄存器部門太小,人太少,忙不過來怎么辦?好辦,擴招人員吧,可是這個部門的人員都是編制內的,沒有在編名額了怎么辦?也好辦,那就招些編外人員吧,也就是我們常說的臨時工。

                      招了臨時工,總要給他個名號吧,那就再成立一個部門,叫高速緩存。為了體現親疏有別,這個部門把臨時工分為三個等級,分別是一級高速緩存、二級高速緩存、三級高速緩存。反正也是臨時工,名號就這么隨便叫吧。

                      在CPU這個中央機構可跟新聞上說的事給臨時工做、鍋給臨時工背不同,在這里高速緩存這個臨時工部門是作為寄存器替補而存在的,也是說,必須在寄存器完成不了工作量時,才能交給高速緩存來做。一開始交給一級高速緩存來做,一級也做不完再給二級,二級還做不完就給三級。這里又有一個問題出現了,那就是如果三級也做不完怎么辦?

                      這完全沒問題,交給中央機構的一個下屬部門去辦,這個部門就是內存。但是因為內存畢竟不屬于中央機構,工作能力沒有中央機構人員那么強,效率也沒有那么高。

                      所以控制部門要下達命令或者運算部門要做事時,首先想到的就是寄存器,寄存器忙不過來了就找高速緩存幫忙,高速緩存也忙不過來就找內存幫忙。那么,內存也傳達不過來呢?內存傳達不過來那就沒辦法了,只能讓電腦卡著吧,等運算部門先把上一件事處理好再說。所以,買電腦,不能光看CPU牛不牛,內存容量也要跟上。

                      還有一個容易被大家忽略的問題,在這里也說一下吧,那就是晶體管。晶體管是構成CPU最基礎的原件,可以理解為整個中央機構的工作人員。隨著科技的進步,CPU生產工藝越來越精細,目前手機端CPU(ARM架構)制程已經提升到7nm,電腦端也達到了14nm。

                      制程的提升,我們可以理解為,縮減每個辦公人員的辦公面積,以前科技不發達每個辦公人員必須配一個獨立辦公室,才能有效完成工作,現在技術進步了,每個辦公人員只需要一張辦公桌就能完成工作了。所以同樣的一棟大樓,可以容納的辦公人員(晶體管)就多了,工作能力就上升了。

                      以前一個CPU由于制程落后,只能容納幾千萬或者幾億個晶體管,現在制程進步了,一個同樣體積的CPU可以容納幾十億個晶體管,性能自然就提升了。

                      那么,為什么晶體管數量增加了,CPU的能耗卻沒有增加呢?我們可以這么理解,每個工作人員都需要吃飽了才有力氣干活,以前的工作人員需要吃九菜一湯才夠力氣,現在改為營養配餐了,每個工作人員只需要吃一片營養藥丸就可以工作了,所以工作人員雖然增加了,但是整體伙食成本(耗電量)并沒有增加。

                      最后,我們說一下CPU的核心和進程又是什么呢?我們可以這么理解,在單核時代,每個CPU只有一個核心,也就是只有一個中央機構,但是國家那么大,事那么多,中央機構每天加班25個小時都忙不完了。那就沒辦法了,擴充中央機構吧。于是乎雙核、四核、多核CPU就出來了。每一個核心都是一個獨立的中央機構,都具有相同的工作能力。

                      這么多個中央機構成立了,那聽誰的,有事情交給哪個中央機構去做,要知道它們的權利和功能都是一樣的啊。這時候就要改變CPU架構了,也就是國家的管理制度了。以前國家只有一個中央機構,啥事都交給它去做準沒錯,現在突然變成好幾個中央機構了,怎么辦?

                      這個時候就需要為每個核心安排去負責不同的事務了,這套中央機構專門負責農業,那套負責工業,剩下的負責稅收、財政等等之類的。

                      那什么是進程呢,進程其實可以理解為一個中央機構里面的人員組成。有時候事太多了,光這幾個中央機構處理起來還是有點吃力,但是為了節約成本,我們不能再組建新的中央機構了,那就只好折中處理,不另外成立新的中央機構了,就在原有的基礎上,每個中央機構組建兩套完全一致的工作班子吧。

                      所以,4核CPU就是擁有四個獨立的中央機構,都具備相同的工作能力和權限,但是每個核心都會負責不同的事務。4核8線程就是四個獨立的中央機構,每一個中央機構都擁有兩套完整的工作班子,每套工作班子權限也一樣。

                      這時候問題又出現了,例如某個中央機構負責的事特別多,忙不過來,而其他的中央機構負責的事很少,閑的發慌,那怎么辦?這時候,我們的架構又出現了,好辦!今天你這個核心負責的事多,就你來主導,讓其他事少的核心輔助你工作。明天另外一個核心負責的事多,就由它來主導,其他核心輔助它工作。

                      在這里小編想起來一個網上很火的段子:MTK的CPU一核有難九核圍觀。這就是架構落后造成的,它的管理制度不完善,沒辦法調節每個中央機構之間的互相配合,有事情要做,往死里用一個核心,其他九個核心啥事沒有,只好吃瓜圍觀了。

                      所以,在最后,重申一遍,CPU架構很重要!!!

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