处理器的作用(什么是CPU,它能做什么?)

2022年 5月 8日20:01:04资讯8阅读模式

如果现在你只需要选择一个计算机最为重要的部件,那么就是中央处理器(CPU)。它是主要的集线器(或“大脑”),它处理来自程序,操作系统或PC中其他组件的指令。

处理器的作用(什么是CPU,它能做什么?)

多亏了功能更强大的CPU,我们已经从几乎无法在计算机屏幕上显示图像的地方跃升为Netflix,视频聊天,流媒体和日益逼真的视频游戏等等。这些的实现正是得益于CPU 的处理性能强悍。
CPU是工程学的奇迹,但从本质上讲,它仍然依赖于解释二进制信号(1和0)的基本概念。现在的区别在于,现代CPU不用读取打孔卡或处理带有真空管的指令,而是使用微型晶体管来创建TikTok视频或在电子表格中填写数字。

处理器的作用(什么是CPU,它能做什么?)

CPU制造过程很复杂。重要的一点是每个CPU都有容纳数十亿个微型晶体管的硅(一个或多个)。正如我们之前提到的,这些晶体管使用一系列电信号(电流“开”和电流“关”)来表示由1和0组成的机器二进制代码。由于这些晶体管太多,因此CPU可以以比以前更快的速度完成越来越复杂的任务。
晶体管数量并不一定意味着CPU会更快。但是,这仍然是一个根本原因,就是说,您口袋里所携带的电话比起我们第一次登月时整个星球所拥有的计算能力要强得多。
在进一步介绍CP概念之前概念之前,让我们先谈谈CPU如何基于机器代码执行称为“指令集”的指令。来自不同公司的CPU可以具有不同的指令集,但并非总是如此。
例如,大多数Windows PC和当前的Mac处理器都使用x86-64指令集,而不管它们是Intel还是AMD CPU。但是,在2020年末面世的Mac将配备 基于ARM的CPU,它们使用不同的指令集。也有少数使用ARM处理器的Windows 10 PC。

处理器的作用(什么是CPU,它能做什么?)

现在,让我们看一下硅片本身。上图来自于2014年发布的英特尔白皮书,该白皮书介绍了该公司用于Core i7-4770S的CPU架构。这只是一个处理器的外观示例—其他处理器具有不同的布局。
我们可以看到这是一个四核处理器。曾经有一段时间,CPU只有一个内核。现在我们有了多个核心,它们可以更快地处理指令。内核也可以具有称为超线程或同时多线程(SMT)的功能,这使得一个内核在PC上看起来像两个。正如您可能想象的那样,这有助于进一步缩短处理时间。
该图中的核心共享一个称为L3缓存的东西。这是CPU内部板载内存的一种形式。CPU还具有包含在每个内核中的L1和L2高速缓存以及寄存器,它们是低级存储器的一种形式。如果您想了解寄存器,缓存和系统RAM之间的区别,请在StackExchange上查看此答案。
上面显示的CPU还包含系统代理,内存控制器和硅片的其他部分,这些部分管理进出CPU的信息。
最后,还有处理器的板载图形,可生成您在屏幕上看到的所有奇妙的视觉元素。并非所有的CPU都具有自己的图形功能。例如,AMD Zen台式机CPU需要使用独立的图形卡才能在屏幕上显示任何内容。某些Intel Core台式机CPU也不包含板载图形。

处理器的作用(什么是CPU,它能做什么?)

现在,我们已经了解了CPU底层的功能,接下来我们来看一下它如何与您的PC其余部分集成。CPU位于PC主板上所谓的插槽中。
一旦将其放入插槽中,计算机的其他部分就可以通过称为“总线”的东西连接到CPU。例如,RAM通过自己的总线连接到CPU,而许多PC组件使用一种称为“ PCIe”的特定总线。
每个CPU都有一组可以使用的“ PCIe通道”。例如,AMD的Zen 2 CPU具有24条直接连接到CPU的通道。然后,主板制造商会在AMD的指导下划分这些通道。
例如,x16图形卡插槽通常使用16条通道。然后,有四个存储通道,例如一个快速存储设备(例如M.2 SSD)。另外,这四个车道也可以分开。两个通道可用于M.2 SSD,两个通道可用于较慢的SATA驱动器,例如硬盘驱动器或2.5英寸SSD。
那是20条车道,其余4条车道保留给芯片组,这是主板的通信中心和交通控制器。然后,芯片组具有自己的一组总线连接,从而可以将更多组件添加到PC。如您所料,性能更高的组件与CPU的连接更加直接。
如您所见,CPU执行大部分指令处理,有时甚至可以处理图形(如果它是为图形处理的)。但是,CPU并不是处理指令的唯一方法。其他组件(例如图形卡)具有自己的板载处理能力。GPU还使用其自身的处理功能来与CPU合作并运行游戏或执行其他图形密集型任务。
最大的区别是组件处理器是在考虑特定任务的情况下构建的。但是,CPU是一种通用设备,能够执行要求执行的任何计算任务。这就是为什么CPU在您的PC中占据上风的原因,而系统的其余部分则依靠它来运行。

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