计算机cpu

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CPU的基础知识

CPU的一些基本知识总结

关于CPU和程序的执行

CPU是计算机的大脑。

1、程序的运行过程，实际上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的

执行过程。

当程序要执行的部分被装载到内存后，CPU要从内存中取出指令，然后指

令解码(以便知道类型和操作数，简单的理解为CPU要知道这是什么指令举报英文 )，然

后执行该指令。再然后取下一个指令、解码、执行，以此类推直到程序退出。

2、这个取指、解码、执行三个过程构成一个CPU的基本周期。

3、每个CPU都有一套自己可以执行的专门的指令集(注意，这部分指令是

CPU提供的，CPU-Z软件可查看)。

正是因为不同CPU架构的指令集不同，使得__86处理器不能执行ARM程

序，ARM程序也不能执行__86程序。(Intel和AMD都使用__86指令集，手机绝

大多数使用ARM指令集)。

注：指令集的软硬件层次之分：硬件指令集是硬件层次上由CPU自身提供

的可执行的指令集合。软件指令集是指语言程序库所提供的指令，只要安装了

该语言的程序库，指令就可以执行。

4、由于CPU访问内存以得到指令或数据的时间要比执行指令花费的时间长

很多，因此在CPU内部提供了一些用来保存关键变量、临时数据等信息的通用

寄存器。

所以，CPU需要提供一些特定的指令，使得可以从内存中读取数据存入寄

存器以及官员级别 可以将寄存器数据存入内存。

此外还需要提供加法、减、not/and/or等基本运算指令，而乘除法运算都

是推算出来的(支持的基本运算指令参见ALUFunctions)，所以乘除法的速度要

慢的多。这也是算法里在考虑时间复杂度时常常忽略加减法次数带来的影响，

而考虑乘除法的次数的原因。

5、除了通用寄存器，还有一些特殊的寄存器。典型的如：

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PC：programcounter，表示程序计数器，它保存了将要取出的下一条指令

的内存地址，指令取出后，就会更新该寄存器指向下一条指令。

堆栈指针：指向内存当前栈的顶端，包含了每个函数执行过程的栈帧，该

栈帧中保存了该函数相关的输入参数、局部变量、以及一些没有保存在寄存器

中的临时变量。

PSW：programstatusword，表示程序状态字，这个寄存器内保存了一些控

制位，比如CPU的优先级、CPU的工作模式(用户态还是内核态模式)等。

6、在CPU进行进程切换的时候，需要将寄存器中和当前进程有关的状态数

据写入内存对应的位置(内核中该进程的栈空间)保存起来，当切换回该进程

时，需要从内存中拷贝回寄存器中。即上下文切换时，需要保护现场和恢复现

场。

7、为了改善性能，CPU已经不是单条取指-->解码-->执行的路线，而是分

别为这3个过程分别提供独立的取值单元，解码单元以及执行单元。这样就形

成了流水线模式。

例如，流水线的最后一个单元——执行单元正在执行第n条指令，而前一

个单元可以对第n+1条指令进行解码，再前一个单元即取指单元可以去读取第

n+2条指令。这是三阶段的流水线，还可能会有更长的流水线模式。

8、更优化的CPU架构是superscalar架构(超标量架构)。这种架构将取

指、解码、执行单元分开，有大量的执行单元，然后每个取指+解码的部分都以

并行的方式运行。比如有2个取指+解码的并行工作线路，每个工作线路都将解

码后的指令放入一个缓存缓冲区等待执行单元去取出执行。

9、除了嵌入式系统，多数CPU都有两种工作模式：内核态和用户态。这两

种工作模式是由PSW寄存器上的一个二进制位来控制的。

10、内核态的CPU，可以执行指令集中的所有指令，并使用硬件的所有功

能。

11、用户态的CPU，只允许执行指令集中的部分指令。一般而言，IO相关

和把内存保护相关的所有执行在用户态下都是被禁止的，此外其它一些特权指

令也是被禁止的，比如用户态下不能将PSW的模式设置控制位设置成内核态。

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12、用户态CPU想要执行特权操作，需要发起系统调用来请求内核帮忙完

成对应的操作。其实是在发起系统调用后，CPU会执行trap指令陷入(trap)到

内核。当特权操作完成后，需要执行一个指令让CPU返回到用户态。

13、除了系统调用会陷入内核，更多的是硬件会引起trap行为陷入内核，

使得CPU控制权可以回到操作系统，以便操作系统去决定如何处理硬件异常。

关于CPU的基本组成

1、CPU是用来运算的(加法运算+、乘法运算__、逻辑运算andnotor

等)，例如c=a+b。

2、运算操作涉及到数据输入(input)、处理、数据输出(output)，a和b

是输入数据，加法运算是处理，c是输出数据。

3、CPU需要使用一个叫做存储器(也就是各种寄存器)的东西保存输入和输

出数据。以下是几种常见的寄存器(前文也介绍了一些)

MAR:memoryaddressregister，保存将要被访问数据在内存中哪个地址

处，保存的是地址值

MDR:memorydataregister，保存从内存读取进来的数据或将要写入内存

的数据，保存的是数据值

AC:Accumulator，保存算术运算和逻辑运算的中间结果，保存的是数据值

PC:ProgramCounter，保存下一个将要被执行指令的地址，保存的是地址

值

CIR:currentinstructionregister，保存当前正在执行的指令

4、CPU还要将一些常用的基本运算工具(如加法器)放进CPU，这部分负责

运算，称为算术逻辑单元(ALU,ArithmeticLogicUnit)。

5、CPU中还有一个控制器(CU,ControlUnit)，负责将存储器中的数据送

到ALU中去做运算，并将运算后的结果存回到存储器中。

控制器还包含了一些控制信号。

5、控制器之所以知道数据放哪里、做什么运算(比如是做加法还是逻辑运

算?)都是由指令告诉控制器的，每个指令对应一个基本操作，比如加法运算对

应一个指令。

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6、例如，将两个MDR寄存器(保存了来自内存的两个数据)中的值拷贝到

ALU中，然后根据指定的操作指令执行加法运算，将运算结果拷贝会一个MDR

寄存器中，最后写入到内存。

7、这就是冯诺依曼结构图，也就是现在计算机的结构图。

关于CPU的多核和多线程

1、故事作文 CPU的物理个数由主板上的插槽数量决定，每个CPU可以有多核心，每

核心可能会有多线程。

2、多核CPU的每核(每核都是一个小芯片)，在OS看来都是一个独立的

CPU。

3、对于超线程CPU来说，每核CPU可以有多个线程(数量是两个，比如1

核双线程，2核4线程，4核8线程)，每个线程都是一个虚拟的逻辑CPU(比如

windows下是以逻辑处理器的名称称呼的)，而每个线程在OS看来也是独立的

CPU。

这是欺骗操作系统的行为，在物理上仍然只有1核，只不过在超线程CPU

的角度上看，它认为它的超线程会加速程序的运行。

4、要发挥超线程优势，需要操作系统对超线程有专门的优化。

5、多线程的CPU在能力上，比非多线程的CPU核心要更强，但每个线程不

足以与独立的CPU核心能力相比较。

6、每核上的多线程CPU都共享该核的CPU资源。

例如，假设每核CPU都只有一个"发动机"资源，那么线程1这个虚拟CPU

使用了这个"发动机"后，线程2就没法使用，只能等待。

所以，超线程技术的主要目的是为了增加流水线(参见前文对流水线的解

释)上更多个独立的指令，这样线程1和线程2在流水线上就尽量不会争抢该核

CPU资源。所以，超线程技术利用了superscalar(超标量)架构的优点。

7、多线程意味着每核可以有多个线程的状态。比如某核的线程1空闲，线

程2运行。

8、多线程没有提供真正意义上的并行处理，每核CPU在某一时刻仍然只能

运行一个进程，因为线程1和线程2是共享某核CPU资源的。可以简单的认为

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每核CPU在独立执行进程的能力上，有一个资源是唯一的，线程1获取了该资

源，线程2就没法获取。

但是，线程1和线程2在很多方面上是可以并行执行的。比如可以并行取

指、并行解码、并行执行指令等。所以虽然单核在同一时间只能执行一个进

程，但线程1和线程2可以互相帮助，加速进程的执行。

并且，如果线程1在某一时刻获取了该核执行进程的能力，假设此刻该进

程发出了IO请求，于是线程1掌握的执行进程的能力，就可以被线程2获取，

即切换到线程2。这是在执行线程间的切换，是非常轻量级的。(WIKI:if

resourcesforoneprocessarenotavailable,thenanotherprocess

cancontinueifitsresourcesareavailable)

9、多线程可能会出现一种现象：假如2核4线程CPU，猪是怎样交配的 有两个进程要被调

度，那么只有两个线程会蛋饼怎么做 处于运行状态，如果这两个线程是在同一核上，则另

一核完全空转，处于浪费状态。更期望的结果是每核上都有一个CPU分别调度

这两个进程。

关于CPU上的高速缓存

1、最高速的缓存是CPU的寄存器，它们和CPU的材料相同，最靠近CPU或

最接近CPU，访问它们没有时延(<1ns)。但容量很小，小于1kb。

32bit：32__32比特=128字节

64bit：64__64比特=512字节

2、寄存器之下，是CPU的高速缓存。分为L1缓存、L2缓存、L3缓存，每

层速度按数量级递减、容量也越来越大。

3、每核心都有一个自己的L1缓存。L1缓存分两种：L1指令缓存(L1-

icache)和L1数据缓存(L1-dcache)。L1指令缓存用来存放已解码指令，L1数

据缓存用来放访问非常频繁的数据。

4、L2缓存用来存放近期使用过的内存数据。更严格地说，存放的是很可

能将来会被CPU使用的数据。

5、多数多核CPU的各核都各自拥有一个L2缓存，但也有多核共享L2缓存

的设计。无论如何，L1是各核私有的(但对某核内的多线程是共享的)。

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电脑硬件知识大全(CPU篇)

一，CPU(中央处理器)全球目前分两家来做，一家叫英特尔(牙膏大厂)一家

叫AMD(农企)，这两家CPU还是很好分辨的，电子硬件铁律就是买新不买旧!所

以咱们只需要分辨出什么是新产品就可以!

1、先说一个误区，以前所有人都觉的CPU要高，我多少多少预算，我就

要买i7，i9。其实这个是不对的，i3i5i7i9这只是英特尔对自家消费级产

品的一个等级划分而已，而且，CPU(中央处理器)这个东西仅仅是像人类大脑一

样，分辨数据，计算数据而已，跟整体电脑性能几乎没太大关系，也可以换个

思路想，你觉得健全的身体更有作用呢还是有一个天才般的头脑更强呢?这个问

题看似很蠢，但是现实一点就是，可能你的工作需求根本不需要一个天才般得

头脑，更需要灵活的四肢，口语表达能力。你的感官等等。人类站在生物链的

顶端不仅仅只靠大脑而已。

↑上面说的有点多，不过只是让你们对电脑从新认知一下，颠覆你们被奸

商洗脑的思想

2、说英特尔之前大家可以先百度一个协议，叫《瓦森纳协定》，全称为

《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳协定》目前共有美国、日

本(无关紧要)、俄罗斯(无关紧要)、等40个成员国(不含中国)，对某些国家禁

止出售高技术产品等等。为什么在咱们家很少有公司能研发高技术产物，原因

就在这个瓦森纳协定里面，任何高科技产物，军事方面医疗方面，生物方面美

国都禁止其他国家出口给咱们，之前说的天河二号表示抱歉，天河二号前段处

理器为4096颗FT-核心架构处理器，40nm制程，FT-1500处理器是由国防科技

大学为天河1研发(天朝)，主板是由浪潮集团研发(天朝)。并不全部自主研

发，中央处理器为英特尔提供，型号为E52692v212核处理器，16000个运算

节点，每个节点配备两颗E512核处理器，三个Phi57核心的协处理器。

话说回来华为是真的强，作为电子硬件爱好的我是真的感受到华为的能

力。自主研发能与美国高通抗衡。部分人说华为东拼西凑代工什么的，嗯?请现

实点，没有一家公司能全部自主研发!你这是鸡蛋里面挑骨头

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那么大家现在只能见到英特尔的i系列，也就是消费级处理器。那么这

么多i系列，怎么区分呢?

3、说到i系列，就要说说英特尔这个公司，前两年是刚过40周年，发布

了一个u，叫i78086，这个u其实是致敬第一代__86架构IMBPC处理器，所

有PC端__86架构处理器的祖宗Intel8086，那么英特尔创始人之一戈登摩

尔在当时提出来一个很有意思的说法，延续至今，被大家称为摩尔定律!摩尔定

律大概意思当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24

个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性

能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。那

么英特尔也勉为其难的按照这个定律对自家处理器进行更新。

4、i76700(四核八线程CPU主频3.4Ghz最大睿频4.0Ghz14nm工艺)

i77700(四核八线程CPU主频3.6Ghz最大睿频4.2Ghz14nm工艺)

i78700(六核十二线程CPU主频3.2Ghz最大睿频4.6Ghz14nm工艺)

i79700K(八核八线程CPU主频3.6Ghz最大睿频4.9Ghz14nm工艺)

诶!有没有发现，同样是i7但是具体参数不一样，核心也不一样，频率也

不一样。那么i3也好i5也好i7也好，后面第一个数字就代表年份。按照摩

尔定律，他们价格其实是一样的，老产品还会更便宜。也就是说你六年前能买

到i76700，那么同样的价格能买到现在的i78700，这也是诸多奸商行骗的一

个手段，也是线下卖电脑为什么要说，i3不好i5好，顶配买i7。一方面是可

以用老产品来混淆新产品，二是给你灌输一个思想，买电脑处理器好就行。

那么区分就很简单了，以i38100为例子，8就是第八代酷睿处理器，100

说的是规格也可以叫核心完整性，你可以比喻一下，第八代处理器完整度是

1000你100300400就可以划分出来，(当然性能不是按照这么划分，规格按

照这个参数比喻一下)那么i38350K中的350就是i3这个等级中最高的(范围

100-350)超过350，那就是400,这个规格就被划分到i58400，那么i5划分

区域为(400-650)上至700那就是i78700，是不是懂了!诶我去，原来就这么简

单?还以为能有多难!同代产品，等级越高性能越好。但是不同代产品差距就很

大!!!!

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5、例子：i57400(四核四线程CPU主频3.0Ghz最大睿频3.5Ghz14nm工

艺)

对标：i38100(四核四线程CPU主频3.6Ghz无睿频加速14nm工艺)

对标：i37100(二核四线程CPU主频3.9Ghz无睿频加速14nm工艺)

诶，i38100这个第八代处理器居然要比第七代i57400还要强?价格

呢?i38100全新盒装1049元，(散片845)。i57400性能低全新盒装1299元

(散片1030)。

是不是没有对比就没有伤害，更别提i37100这个渣渣了，所以并不是i5

牛皮i7顶级，是根据工艺来判断，判断标准上面都写了。还有一点就是按照你

的需求，尽管你是i79700K这样的CPU，你其他硬件跟不上，跟断手断脚没区

别，还不如不买。那么如何来正确的搭配其他配件呢，啊哈哈哈哈哈，就看你

们的留言了。支持过50人就继续更新。毕竟你们不支持我也没动力继续写下去

呀。哈哈哈哈。

看不懂CPU?学会看CPU只需明白这5点，如此简单!

第一点：CPU型号的含义

现在呢，根据英特尔和AMD的方式，可以将处理器分为4个级别：

1、入门：Corei3/Ryzen3

2、普通：Corei5/Ryzen5

3、高级：Corei7/Ryzen7

4、发烧：Corei9/Ryzen9

在入门级下面，还有常见的英特尔的赛扬、AMD速龙处理器等等，而在发

烧级上面，则有英特尔的__芯片组处理器以及AMD的线程撕裂者等等。

下面列举一个例子，详细解说其他部分，比如IntelCorei9-9900K!

其中，后面的第一个数字通常是表示第几代产品，而这里的“9900K”的第

1个9则表示是第9代产品。后面的其他数字，则表示同一代产品中的各种型

号。

一般情况下，数值越高越好，因为这通常表示更多的核心线程或更高的频

率。

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另外，英特尔CPU产品末尾带字母“K”，则表示可以超频。而且，英特尔

CPU通常带有核显，如果带有”F”代表没有核显。

AMD的Ryzen处理器都可以超频，尾部的”__”通常表示意味着更高的处

理器频率。但是AMD的处理器很少带核显，如果末尾有字母”G”，则表示带有

核显。

第二点：CPU的规格参数

CPU的组成其实是很复杂的，有许多的不同的规格和参数，下面就简单讲

其中几个相对更重要的规格参数!

1、核心数量：是指CPU的物理核心数量，一般情况下核心数量越多越好，

建议4核起步

2、线程数量：是指CPU可以处理的独立进程数，通常线程数越多越好，而

理论上线程数等于内核数。不过，随着多线程能力的加入(英特尔的超线程、

AMD的SMT)，一个物理核心是可以创建两个线程的。

3、CPU频率：是指芯片运行的速度，单位为GHz，数字越高越快。

4、CPU缓存：目前只有3个级别的缓存，分别为：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：是指处理器在不进行AV__任务，保持基本频率时，全速运行所能

产生的最大热量值，一般来说TDP越高性能越强。而我们了解这一点，是为了

更好的选择合适的散热器!

6、IPC：是指同频性能，主要是用于不同架构的CPU之间的性能对比。但

是，这个参数一般会不标注，需要各位朋友自己去看相关评测数据。

第三点：CPU对应主板的挑选

关于CPU对应主板的挑选，因为里面涉及比较多的点，比如插槽、BIOS以

及芯片组等等，实际情况比较复杂，所以最好的方法就是，直接去官方网站查

看CPU支持列表，同时咨询官方客服了解情况。

第四点：CPU烤箱做纸杯蛋糕 型号的挑选

其实，我们想要了解CPU的知识，无非是想选择合适的CPU，使得电脑性

价比更高，所以下面就来说一下如何根据实际情况选择CPU。

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1、日常使用款

如果你只是简单的上网看视频、听音乐或者日常办公，那么双核心或者4

核心的入门CPU都是可以的了。但是，考虑到4核心普及度，还是建议购买4

核心的CPU。

2、游戏款

如果是想玩游戏，那么Inteli5或者Ryzen5系列处理器基本就可以了，

因为游戏性能更多是看显卡，所以综合一下，显卡花多点钱，整体性价比更

高。

3、专业高性能款

如果你使用电脑时，偶尔需要会运行性能要求高的任务，比如视频编辑等

等，但是不会作为专职使用。那么，英特尔的i7、i9或者AMDRyzen7、Ryzen9

处理器都是可以的。

4、专业工作站款

如果你是专职于视频编辑，或者海量数据处理，那么建议使用HEDT平台的

产品，主要是AMD的线程撕裂者处理器以及英特尔的__芯片组产品，因为它们

具有大量的核心线程数量，适用于多线程任务处理。

5、超频款

这个就简单了，现在AMD的处理器基本都开放了超频功能，而英特尔的

CPU只有名称后缀带”K”字母，才开放了超频。另外，还有注意配套的主板芯

片组等等。

第五点：电脑整体配置

CPU的重要性不言而喻，但是电脑是一个整体，我们还需要考虑显卡性

能，存储性能等等。

如果电脑配置不平衡，那么整体性能会大幅度下降，正如上面所说，玩游

戏的电脑需要侧重于显卡，打个比方在同等的条件下，i7处理器+GT__1050显

卡的游戏性能，是比不上铁观音茶的功效 i5处理器+GT__1660显卡的。

而电脑存储性能，重点是容量，建议内存8GB起步，最好16GB。而电脑硬

盘，大家都清楚SSD硬盘的性能是高于机械硬盘的。当然，还有其他需要考虑

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的问题，但是一定不要忘记整体配置的均衡是很重要的!