2、認識計算機核心,CPU是如何工作的,了解CPU結構及工作原理

2021-01-08 Linux運維技術分享

1、CPU的外形及結構

CPU是整個計算機系統的核心部件,外部結構如下圖所示。CPU看上去非常簡單,是一個矩形片狀物體。其中間凸起部分是CPU核心,它一般是一片指甲大小的、薄薄的矽晶片,在這塊小小的矽片上,密布著數以千萬計的電晶體,它們相互配合協調,完成各種複雜的運算和操作。為幫助散熱,一般在CPU的核心上都加裝一個金屬封裝殼,金屬封裝殼周圍是CPU基板,它將CPU內部的信號引接到CPU針腳上。基板的背面有許多密密麻麻的鍍金針腳,它是CPU與外部電路連接的通道。

2、CPU的組成部分

CPU內部主要由運算器、控制器和寄存器組組成,如下圖所示。

運算器用來對數據進行各種算術運算和邏輯運算。控制器是CPU的指揮中心,它能對計算機指令進行分析,產生各種控制型信號。寄存器組用來臨時存放參加運算的數據和計算的中間結果。

3、CPU的工作原理

CPU的工作原理就像一個工廠對產品的加工過程:進人工廠的原料(程序指令),經過物資部門(控制器)的調度分配,被送往生產線(運算器),生產出成品(寄存器組)後,再存儲在倉庫(內存)中,最後等著拿到市場上去賣(交由應用程式使用)。這個過程看起來相當長,實際上只是一瞬間發生的事情。也可以這樣理解CPU只執行三種基本的操作,分別是讀出數據、處理數據和往內存寫數據。

現在,主流CPU還是Intel和AMD兩家的天下。無論是高端還是低端,兩大品牌都有著全線的產品。具體型號及產品可自行百度,這裡不做過多介紹。

4、CPU常用術語

4.1.主頻

衡量CPU速度快慢的一個重要指標就是CPU的工作頻率,也叫做CPU的主頻,主頻亦稱為內頻。主頻就是CPU的時鐘頻率,它控制著CPU工作節拍,主頻越高,CPU工作節拍就越快,運算速度也就越高。主頻通常用一秒鐘內處理器所能發出電子脈衝數來測定,計量單位一般為MHz或GHz。目前P4的主頻達3GHz以上,IBM公司已研製出速度高達110GHz。

4.2.外頻

CPU跟外部(即系統總線)接觸溝通的頻率稱為外頻。外頻是由主板提供,CPU以這個頻率跟系統其他的配件進行溝通,因此,外頻亦稱為系統總線頻率或前端總線速度(FSB)。早期CPU內部與外部的工作頻率都相同,後來主頻要比外頻快。現在PⅢ的外頻為133 MHz,P4的外頻可採用高達800MHz的外頻。

4.3.倍頻

CPU的倍頻,即倍頻係數。它足指CPU主頻和外頻之間存在著一個比值關係,這個比值就是倍頻係數。所以,主頻和外頻、倍頻三者的關係是:主頻=外頻×倍頻

4.4.超頻

外頻和倍頻都可以根據CPU參數通過主板跳線或程序來設置,從而設定CPU主頻。通過適當提高外頻或倍頻,有些CPU的主頻可以超過它的標稱工作頻率,這就是習慣上稱的「超頻」。超頻可以在一定程度上提高系統的性能,但是超頻會導致CPU的功耗增加,使CPU工作溫度升高,甚至損壞CPU。

4.5.一級緩存(L1 Cache)

一級緩存也稱L1高速緩存,它封裝在CPU晶片內部的高速緩存,用於暫時存儲CPU運算時的部分指令和數據,存取速度與CPU主頻相近。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大,一級緩存容量越大,則CPU處理速度就會越快,對應的CPU價格也就越高。

4.6.二級緩存(L2 Cache)

二級緩存亦稱L2高速緩存,指CPU外部的高速緩存。像一級緩存一樣,二級緩存越大,則CPU處理速度就越快,整臺計算機性能也就越好。一級緩存和二級緩存都位於CPU和內存之間,用於緩解高速CPU與慢速內存速度匹配問題。

4.7、超線程技術

超線程技術是Intel的創新設計,就是在一個處理器中放人兩個邏輯處理單元,讓多線程的應用程式能夠並行處理多項任務,提高CPU的運行效率。

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