第CPU的根底知識CPU的一些根本知識總結(jié)

關(guān)于CPU和程序的執(zhí)行

CPU是計算機(jī)的大腦。

1、程序的運(yùn)行過程，實(shí)際上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的執(zhí)行過程。

當(dāng)程序要執(zhí)行的局部被裝載到內(nèi)存后，CPU要從內(nèi)存中取出指令，然后指令解碼(以便知道類型和操作數(shù)，簡單的理解為CPU要知道這是什么指令)，然后執(zhí)行該指令。再然后取下一個指令、解碼、執(zhí)行，以此類推直到程序退出。

2、這個取指、解碼、執(zhí)行三個過程構(gòu)成一個CPU的根本周期。

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

正是因?yàn)椴煌珻PU架構(gòu)的指令集不同，使得__86處理器不能執(zhí)行ARM程序，ARM程序也不能執(zhí)行__86程序。(Intel和AMD都使用__86指令集，手機(jī)絕大多數(shù)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(zhí)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(zhí)行。

4、由于CPU訪問內(nèi)存以得到指令或數(shù)據(jù)的時間要比執(zhí)行指令花費(fèi)的時間長很多，因此在CPU內(nèi)部提供了一些用來保存關(guān)鍵變量、臨時數(shù)據(jù)等信息的通用存放器。

所以，CPU需要提供一些特定的指令，使得可以從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)存入存放器以及可以將存放器數(shù)據(jù)存入內(nèi)存。

此外還需要提供加法、減、not/and/or等根本運(yùn)算指令，而乘除法運(yùn)算都是推算出來的(支持的根本運(yùn)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(fù)雜度時常常忽略加減法次數(shù)帶來的影響，而考慮乘除法的次數(shù)的原因。

5、除了通用存放器，還有一些特殊的存放器。典型的如：

PC：programcounter，表示程序計數(shù)器，它保存了將要取出的下一條指令的內(nèi)存地址，指令取出后，就會更新該存放器指向下一條指令。

堆棧指針：指向內(nèi)存當(dāng)前棧的頂端，包含了每個函數(shù)執(zhí)行過程的棧幀，該棧幀中保存了該函數(shù)相關(guān)的輸入?yún)?shù)、局部變量、以及一些沒有保存在存放器中的臨時變量。

PSW：programstatusword，表示程序狀態(tài)字，這個存放器內(nèi)保存了一些控制位，比方CPU的優(yōu)先級、CPU的工作模式(用戶態(tài)還是內(nèi)核態(tài)模式)等。

6、在CPU進(jìn)行進(jìn)程切換的時候，需要將存放器中和當(dāng)前進(jìn)程有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存對應(yīng)的位置(內(nèi)核中該進(jìn)程的?？臻g)保存起來，當(dāng)切換回該進(jìn)程時，需要從內(nèi)存中拷貝回存放器中。即上下文切換時，需要保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。

7、為了改善性能，CPU已經(jīng)不是單條取指-->解碼-->執(zhí)行的路線，而是分別為這3個過程分別提供獨(dú)立的取值單元，解碼單元以及執(zhí)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(zhí)行單元正在執(zhí)行第n條指令，而前一個單元可以對第n+1條指令進(jìn)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(yōu)化的CPU架構(gòu)是superscalar架構(gòu)(超標(biāo)量架構(gòu))。這種架構(gòu)將取指、解碼、執(zhí)行單元分開，有大量的執(zhí)行單元，然后每個取指+解碼的局部都以并行的方式運(yùn)行。比方有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(qū)等待執(zhí)行單元去取出執(zhí)行。

9、除了嵌入式系統(tǒng)，多數(shù)CPU都有兩種工作模式：內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。這兩種工作模式是由PSW存放器上的一個二進(jìn)制位來控制的。

10、內(nèi)核態(tài)的CPU，可以執(zhí)行指令集中的所有指令，并使用硬件的所有功能。

11、用戶態(tài)的CPU，只允許執(zhí)行指令集中的局部指令。一般而言，IO相關(guān)和把內(nèi)存保護(hù)相關(guān)的所有執(zhí)行在用戶態(tài)下都是被禁止的，此外其它一些特權(quán)指令也是被禁止的，比方用戶態(tài)下不能將PSW的模式設(shè)置控制位設(shè)置成內(nèi)核態(tài)。

12、用戶態(tài)CPU想要執(zhí)行特權(quán)操作，需要發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用來請求內(nèi)核幫助完成對應(yīng)的操作。其實(shí)是在發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用后，CPU會執(zhí)行trap指令陷入(trap)到內(nèi)核。當(dāng)特權(quán)操作完成后，需要執(zhí)行一個指令讓CPU返回到用戶態(tài)。

13、除了系統(tǒng)調(diào)用會陷入內(nèi)核，更多的是硬件會引起trap行為陷入內(nèi)核，使得CPU控制權(quán)可以回到操作系統(tǒng)，以便操作系統(tǒng)去決定如何處理硬件異常。

關(guān)于CPU的根本組成

1、CPU是用來運(yùn)算的(加法運(yùn)算+、乘法運(yùn)算__、邏輯運(yùn)算andnotor等)，例如c=a+b。

2、運(yùn)算操作涉及到數(shù)據(jù)輸入(input)、處理、數(shù)據(jù)輸出(output)，a和b是輸入數(shù)據(jù)，加法運(yùn)算是處理，c是輸出數(shù)據(jù)。

3、CPU需要使用一個叫做存儲器(也就是各種存放器)的東西保存輸入和輸出數(shù)據(jù)。以下是幾種常見的存放器(前文也介紹了一些)

MAR:memoryaddressregister，保存將要被訪問數(shù)據(jù)在內(nèi)存中哪個地址處，保存的是地址值

MDR:memorydataregister，保存從內(nèi)存讀取進(jìn)來的數(shù)據(jù)或?qū)⒁獙懭雰?nèi)存的數(shù)據(jù)，保存的是數(shù)據(jù)值

AC:Accumulator，保存算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的中間結(jié)果，保存的是數(shù)據(jù)值

PC:ProgramCounter，保存下一個將要被執(zhí)行指令的地址，保存的是地址值

CIR:currentinstructionregister，保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令

4、CPU還要將一些常用的根本運(yùn)算工具(如加法器)放進(jìn)CPU，這局部負(fù)責(zé)運(yùn)算，稱為算術(shù)邏輯單元(ALU,ArithmeticLogicUnit)。

5、CPU中還有一個控制器(CU,ControlUnit)，負(fù)責(zé)將存儲器中的數(shù)據(jù)送到ALU中去做運(yùn)算，并將運(yùn)算后的結(jié)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(shù)據(jù)放哪里、做什么運(yùn)算(比方是做加法還是邏輯運(yùn)算?)都是由指令告訴控制器的，每個指令對應(yīng)一個根本操作，比方加法運(yùn)算對應(yīng)一個指令。

6、例如，將兩個MDR存放器(保存了來自內(nèi)存的兩個數(shù)據(jù))中的值拷貝到ALU中，然后根據(jù)指定的操作指令執(zhí)行加法運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果拷貝會一個MDR存放器中，最后寫入到內(nèi)存。

7、這就是馮諾依曼結(jié)構(gòu)圖，也就是現(xiàn)在計算機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

關(guān)于CPU的多核和多線程

1、CPU的物理個數(shù)由主板上的插槽數(shù)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(dú)立的CPU。

3、對于超線程CPU來說，每核CPU可以有多個線程(數(shù)量是兩個，比方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(比方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(dú)立的CPU。

這是欺騙操作系統(tǒng)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(rèn)為它的超線程會加速程序的運(yùn)行。

4、要發(fā)揮超線程優(yōu)勢，需要操作系統(tǒng)對超線程有專門的優(yōu)化。

5、多線程的CPU在能力上，比非多線程的CPU核心要更強(qiáng)，但每個線程缺乏以與獨(dú)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(shè)每核CPU都只有一個"發(fā)動機(jī)"資源，那么線程1這個虛擬CPU使用了這個"發(fā)動機(jī)"后，線程2就沒法使用，只能等待。

所以，超線程技術(shù)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(dú)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(shù)利用了superscalar(超標(biāo)量)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

7、多線程意味著每核可以有多個線程的狀態(tài)。比方某核的線程1空閑，線程2運(yùn)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(yùn)行一個進(jìn)程，因?yàn)榫€程1和線程2是共享某核CPU資源的。可以簡單的認(rèn)為每核CPU在獨(dú)立執(zhí)行進(jìn)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(zhí)行的。比方可以并行取指、并行解碼、并行執(zhí)行指令等。所以雖然單核在同一時間只能執(zhí)行一個進(jìn)程，但線程1和線程2可以互相幫助，加速進(jìn)程的執(zhí)行。

并且，如果線程1在某一時刻獲取了該核執(zhí)行進(jìn)程的能力，假設(shè)此刻該進(jìn)程發(fā)出了IO請求，于是線程1掌握的執(zhí)行進(jìn)程的能力，就可以被線程2獲取，即切換到線程2。這是在執(zhí)行線程間的切換，是非常輕量級的。(WIKI:ifresourcesforoneprocessarenotavailable,thenanotherprocesscancontinueifitsresourcesareavailable)

9、多線程可能會出現(xiàn)一種現(xiàn)象：假設(shè)2核4線程CPU，有兩個進(jìn)程要被調(diào)度，那么只有兩個線程會處于運(yùn)行狀態(tài)，如果這兩個線程是在同一核上，那么另一核完全空轉(zhuǎn)，處于浪費(fèi)狀態(tài)。更期望的結(jié)果是每核上都有一個CPU分別調(diào)度這兩個進(jìn)程。

關(guān)于CPU上的高速緩存

1、最高速的緩存是CPU的存放器，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(jié)

64bit：64__64比特=512字節(jié)

2、存放器之下，是CPU的高速緩存。分為L1緩存、L2緩存、L3緩存，每層速度按數(shù)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(shù)據(jù)緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解碼指令，L1數(shù)據(jù)緩存用來放訪問非常頻繁的數(shù)據(jù)。

4、L2緩存用來存放近期使用過的內(nèi)存數(shù)據(jù)。更嚴(yán)格地說，存放的是很可能將來會被CPU使用的數(shù)據(jù)。

5、多數(shù)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(shè)計。無論如何，L1是各核私有的(但對某核內(nèi)的多線程是共享的)。

電腦硬件知識大全(CPU篇)

一，CPU(中央處理器)全球目前分兩家來做，一家叫英特爾(牙膏大廠)一家叫AMD(農(nóng)企)，這兩家CPU還是很好分辨的，電子硬件鐵律就是買新不買舊!所以咱們只需要分辨出什么是新產(chǎn)品就可以!

1、先說一個誤區(qū)，以前所有人都覺的CPU要高，我多少多少預(yù)算，我就要買i7，i9。其實(shí)這個是不對的，i3i5i7i9這只是英特爾對自家消費(fèi)級產(chǎn)品的一個等級劃分而已，而且，CPU(中央處理器)這個東西僅僅是像人類大腦一樣，分辨數(shù)據(jù)，計算數(shù)據(jù)而已，跟整體電腦性能幾乎沒太大關(guān)系，也可以換個思路想，你覺得健全的身體更有作用呢還是有一個天才般的頭腦更強(qiáng)呢?這個問題看似很蠢，但是現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)就是，可能你的工作需求根本不需要一個天才般得頭腦，更需要靈活的四肢，口語表達(dá)能力。你的感官等等。人類站在生物鏈的頂端不僅僅只靠大腦而已。

↑上面說的有點(diǎn)多，不過只是讓你們對電腦從新認(rèn)知一下，顛覆你們被奸商洗腦的思想

2、說英特爾之前大家可以先百度一個協(xié)議，叫《瓦森納協(xié)定》，全稱為《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納協(xié)定》目前共有美國、日本(無關(guān)緊要)、俄羅斯(無關(guān)緊要)、等40個成員國(不含中國)，對某些國家禁止出售高技術(shù)產(chǎn)品等等。為什么在咱們家很少有公司能研發(fā)高技術(shù)產(chǎn)物，原因就在這個瓦森納協(xié)定里面，任何高科技產(chǎn)物，軍事方面醫(yī)療方面，生物方面美國都禁止其他國家出口給咱們，之前說的天河二號表示抱歉，天河二號前段處理器為4096顆FT-核心架構(gòu)處理器，40nm制程，F(xiàn)T-1500處理器是由國防科技大學(xué)為天河1研發(fā)(天朝)，主板是由浪潮集團(tuán)研發(fā)(天朝)。并不全部自主研發(fā)，中央處理器為英特爾提供，型號為E52692v212核處理器，16000個運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)配備兩顆E512核處理器，三個Phi57核心的協(xié)處理器。

話說回來華為是真的強(qiáng)，作為電子硬件愛好的我是真的感受到華為的能力。自主研發(fā)能與美國高通抗衡。局部人說華為東拼西湊代工什么的，嗯?請現(xiàn)實(shí)點(diǎn)，沒有一家公司能全部自主研發(fā)!你這是雞蛋里面挑骨頭

那么大家現(xiàn)在只能見到英特爾的i系列，也就是消費(fèi)級處理器。那么這么多i系列，怎么區(qū)分呢?

3、說到i系列，就要說說英特爾這個公司，前兩年是剛過40周年，發(fā)布了一個u，叫i78086，這個u其實(shí)是致敬第一代__86架構(gòu)IMBPC處理器，所有PC端__86架構(gòu)處理器的祖宗Intel8086，那么英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾在當(dāng)時提出來一個很有意思的說法，延續(xù)至今，被大家稱為摩爾定律!摩爾定律大概意思當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。那么英特爾也勉為其難的按照這個定律對自家處理器進(jìn)行更新。

4、i76700(四核八線程CPU主頻3.4Ghz最大睿頻4.0Ghz14nm工藝)

i77700(四核八線程CPU主頻3.6Ghz最大睿頻4.2Ghz14nm工藝)

i78700(六核十二線程CPU主頻3.2Ghz最大睿頻4.6Ghz14nm工藝)

i79700K(八核八線程CPU主頻3.6Ghz最大睿頻4.9Ghz14nm工藝)

誒!有沒有發(fā)現(xiàn)，同樣是i7但是具體參數(shù)不一樣，核心也不一樣，頻率也不一樣。那么i3也好i5也好i7也好，后面第一個數(shù)字就代表年份。按照摩爾定律，他們價格其實(shí)是一樣的，老產(chǎn)品還會更廉價。也就是說你六年前能買到i76700，那么同樣的價格能買到現(xiàn)在的i78700，這也是諸多奸商行騙的一個手段，也是線下賣電腦為什么要說，i3不好i5好，頂配買i7。一方面是可以用老產(chǎn)品來混淆新產(chǎn)品，二是給你灌輸一個思想，買電腦處理器好就行。

那么區(qū)分就很簡單了，以i38100為例子，8就是第八代酷睿處理器，100說的是規(guī)格也可以叫核心完整性，你可以比喻一下，第八代處理器完整度是1000你100300400就可以劃分出來，(當(dāng)然性能不是按照這么劃分，規(guī)格按照這個參數(shù)比喻一下)那么i38350K中的350就是i3這個等級中最高的(范圍100-350)超過350，那就是400,這個規(guī)格就被劃分到i58400，那么i5劃分區(qū)域?yàn)?400-650)上至700那就是i78700，是不是懂了!誒我去，原來就這么簡單?還以為能有多難!同代產(chǎn)品，等級越高性能越好。但是不同代產(chǎn)品差距就很大!!!!

5、例子：i57400(四核四線程CPU主頻3.0Ghz最大睿頻3.5Ghz14nm工藝)

對標(biāo)：i38100(四核四線程CPU主頻3.6Ghz無睿頻加速14nm工藝)

對標(biāo)：i37100(二核四線程CPU主頻3.9Ghz無睿頻加速14nm工藝)

誒，i38100這個第八代處理器居然要比第七代i57400還要強(qiáng)?價格呢?i38100全新盒裝1049元，(散片845)。i57400性能低全新盒裝1299元(散片1030)。

是不是沒有比照就沒有傷害，更別提i37100這個渣渣了，所以并不是i5牛皮i7頂級，是根據(jù)工藝來判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)上面都寫了。還有一點(diǎn)就是按照你的需求，盡管你是i79700K這樣的CPU，你其他硬件跟不上，跟斷手?jǐn)嗄_沒區(qū)別，還不如不買。那么如何來正確的搭配其他配件呢，啊哈哈哈哈哈，就看你們的留言了。支持過50人就繼續(xù)更新。畢竟你們不支持我也沒動力繼續(xù)寫下去呀。哈哈哈哈。

看不懂CPU?學(xué)會看CPU只需明白這5點(diǎn)，如此簡單!

第一點(diǎn)：CPU型號的含義

現(xiàn)在呢，根據(jù)英特爾和AMD的方式，可以將處理器分為4個級別：

1、入門：Corei3/Ryzen3

2、普通：Corei5/Ryzen5

3、高級：Corei7/Ryzen7

4、發(fā)燒：Corei9/Ryzen9

在入門級下面，還有常見的英特爾的賽揚(yáng)、AMD速龍?zhí)幚砥鞯鹊?，而在發(fā)燒級上面，那么有英特爾的__芯片組處理器以及AMD的線程撕裂者等等。

下面列舉一個例子，詳細(xì)解說其他局部，比方IntelCorei9-9900K!

其中，后面的第一個數(shù)字通常是表示第幾代產(chǎn)品，而這里的“9900K〞的第1個9那么表示是第9代產(chǎn)品。后面的其他數(shù)字，那么表示同一代產(chǎn)品中的各種型號。

一般情況下，數(shù)值越高越好，因?yàn)檫@通常表示更多的核心線程或更高的頻率。

另外，英特爾CPU產(chǎn)品末尾帶字母“K〞，那么表示可以超頻。而且，英特爾CPU通常帶有核顯，如果帶有〞F〞代表沒有核顯。

AMD的Ryzen處理器都可以超頻，尾部的〞__〞通常表示意味著更高的處理器頻率。但是AMD的處理器很少帶核顯，如果末尾有字母〞G〞，那么表示帶有核顯。

第二點(diǎn)：CPU的規(guī)格參數(shù)

CPU的組成其實(shí)是很復(fù)雜的，有許多的不同的規(guī)格和參數(shù)，下面就簡單講其中幾個相對更重要的規(guī)格參數(shù)!

1、核心數(shù)量：是指CPU的物理核心數(shù)量，一般情況下核心數(shù)量越多越好，建議4核起步

2、線程數(shù)量：是指CPU可以處理的獨(dú)立進(jìn)程數(shù)，通常線程數(shù)越多越好，而理論上線程數(shù)等于內(nèi)核數(shù)。不過，隨著多線程能力的參加(英特爾的超線程、AMD的SMT)，一個物理核心是可以創(chuàng)立兩個線程的。

3、CPU頻率：是指芯片運(yùn)行的速度，單位為GHz，數(shù)字越高越快。

4、CPU緩存：目前只有3個級別的緩存，分別為：L1的容量最小但速度最快，L2容量和速度居中，L3容量最大但速度低。

5、TDP：是指處理器在不進(jìn)行AV__任務(wù)，保持根本頻率時，全速運(yùn)行所能產(chǎn)生的最大熱量值，一般來說TDP越高性能越強(qiáng)。而我們了解這一點(diǎn)，是為了更好的選擇適宜的散熱器!

6、IPC：是指同頻性能，主要是用于不同架構(gòu)的CPU之間的性能比照。但是，這個參數(shù)一般會不標(biāo)注，需要各位朋友自己去看相關(guān)評測數(shù)據(jù)。

第三點(diǎn)：CPU對應(yīng)主板的挑選

關(guān)于CPU對應(yīng)主板的挑選，因?yàn)槔锩嫔婕氨容^多的點(diǎn)，比方插槽、BIOS以及芯片組等等，實(shí)際情況比較復(fù)雜，所以最好的方法就是，直接去官方