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《鸟哥的Linux私房菜》笔记:CPU与计算机的组成

《鸟哥的Linux私房菜》笔记:CPU与计算机的组成

作者: 四月不见 | 来源:发表于2022-02-12 23:56 被阅读0次

    ----- 最近更新【2022-02-16】-----

    一、计算机简介

    计算机 其实就是:接收用户输入指令与数据,经过中央处理器的数据与逻辑单元运算处理后,以产生或存储成有用的信息。

    二、计算机硬件的五大单元

    关于计算机的组成部分,可以分为五单元:输入单元输出单元、CPU 内部的 控制单元算术逻辑单元内存

    五大单元中,最重要的控制单元和算术逻辑单元被整合到 CPU 的封装中。那么除了五大单元还有什么重要的设备呢?其实,最重要的接口设备是 主板,主板上面有个连接所有设备的芯片组,这个芯片组让所有的设备能够进行协调与通信,让 CPU 可以对这些设备下达命令。

    还有其它比较重要的设备如硬盘、显卡等。

    三、CPU

    1、CPU 简介

    整台主机的重点在于 中央处理器(Central Processing Unit, CPU),CPU 为一个具有特定功能的芯片,里头含有微指令集。如果你想要让主机进行什么特异的功能,就得要参考 CPU 是否有相关内置的微指令集才可以。

    由于 CPU 的工作主要在于管理与运算,因此在 CPU 中又分为两个主要的单元:其中 算术逻辑单元 主要负责程序运算与逻辑判断,控制单元 则主要协调各组件与各单元间的工作。

    CPU 进行运算与判断的数据从哪里来?

    CPU 读取的数据都是从内存读取来的,内存内的数据则是从输入单元传输进来的。而 CPU 处理完毕的数据也必须要先写回内存中,最后数据才从内存传输到输出单元(或外部存储设备)。

    2、CPU 的种类

    如前面所说,其实 CPU 内部已经含有一些小指令,我们所使用的软件都要经过 CPU 内部的微指令集来完成才行。这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念,这是目前最常见的两种类型,分别是 精简指令集(RISC)复杂指令集(CISC)

    • 精简指令集(RISC)
      1)这种 CPU 设计中,微指令集较为精简,每个指令执行时间都很短,完成的操作也很单纯,指令的执行性能较佳;但是若要做复杂的事情,就要由多个指令来完成。常见的 RICS 微指令集 CPU 主要有: 甲骨文 (Oracle) 公司的 SPARC 系列、IBM 公司的 Power Architecture(包括 PowerPC)系列、安谋(ARM Holdings)公司的 ARM 系列、等。
      2)在应用方面:SPARC 架构的计算机常用于学术领域的大型工作站中,银行金融体系的主要服务器也都有这类计算机的架构;至于 PowerPC 架构,例如 Sony 公司出产的 Play Station 3(PS3)就是使用 PowerPC 架构的 Cell 处理器;那 ARM 呢?我们常用的各种手机、PDA、导航系统、网络设备(交换机、路由器)等,几乎都是使用 ARM 架构的 CPU!(可以说,目前世界上使用范围最广的 CPU 可能就是 ARM)

    • 复杂指令集(CISC)
      1)在 CISC 的指令集中,每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作,指令数目多而且复杂,每条指令的长度并不相同。因为指令执行较为复杂,所以每条指令花费的时间较长,但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。常见的 CISC 微指令集 CPU 主要有 AMDIntel、VIA 等 x86 架构的 CPU。
      2)这些 x86 架构的 CPU 被大量使用于个人计算机用途上,因此,个人计算机常被称为 x86 架构的计算机。(x86 名称的来源:最早的那个 Intel 发展出来的 CPU 代号称为 8086,后来依此架构又开发出 80286、80386 ... 等,因此这种架构的 CPU 就被称为 x86 架构了。)
      3)在 2003 年以前由 Intel 所开发的 x86 架构 CPU 由 8 位升级到 16、32 位,后来 AMD 依此架构修改新一代的 CPU 为 64 位,为了区别两者的不同,因此 64 位的个人计算机 CPU 又被统称为 x86_64 的架构。
      4)新的 x86 架构的 CPU 大多含有很先进的微指令集,这些微指令集可以加速多媒体程序的运行,也能够加强虚拟化的性能,而且某些微指令集更能够增加能源效率,让 CPU 耗电量降低。

    3、多核 CPU

    目前流行的 CPU 都是双核以上的架构了,原本的单核 CPU 仅有一个运算单元,所谓的多核则是在一个 CPU 封装当中嵌入了两个以上的运算内核。简单地说,就是一个实际的 CPU 外壳中含有两个以上的 CPU 单元。

    4、CPU 脚位

    不同的 CPU 型号大多具有不同的脚位(CPU 上面的插脚),能够搭配的主板芯片组也不同。所以在购买 CPU 的时候,也要注意你的主板上面所支持的 CPU 型号。

    目前主流的 CPU 有 Intel 的i3/i5/i7 系列产品中,甚至先后出产的类似型号的脚位也有可能不一样。例如 i7-2600 使用 LGA1155 脚位,而 i7-4790 则使用 FCLGA1150 脚位。

    5、CPU 的频率

    简单地说,频率 就是 CPU 每秒可以进行工作的次数。所以频率越高,表示 CPU 单位时间内可以做更多的事情。举个例子,Intel 的 i7-4790 CPU 的频率为 3.6 GHz,表示这个 CPU 在一秒内可以进行 3.6 \times 10^9 次工作,每次工作都可以进行少数的指令运行之意。

    单位换算:
    1GHz = 1000MHz
    1MHz = 1000KHz
    1KHz = 1000Hz

    注意,不同的 CPU 之间不能单纯的以频率判断运算性能。这是因为每个 CPU 的微指令集不相同,架构也不一样,可使用的第二层高速缓存及其计算机制可能也不同,加上每次频率能夠进行的工作指令数也不同,所以频率目前仅能用来比较同款 CPU 的速度。

    6、CPU 的外频与倍频

    外频 是指 CPU 与外部组件进行数据传输/运算时的速度,倍频 则是 CPU 内部用来加速工作性能的一个倍数,两个相乘才是 CPU 的频率(我们一般称为 主频)。

    例如 Intel Core 2 E8400 的主频为 3.0GHz,而外频是 333MHz,因此倍频就是9。(3.0G\approx333M\times9,其中1G=1000M)

    注:倍频是没有单位的,它只是一个倍数。

    上图为使用 CPU-Z 工具查看 CPU 的相关参数。

    四、参考

    《鸟哥的Linux私房菜——基础学习篇(第四版)》鸟哥 著
    鸟哥的链接:https://linux.vbird.org/linux_basic/centos7/

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