cpu是什么东西（你了解cpu的基本结构和工作原理吗）

以下是将内容进行大幅度修改之后的结果，保持了原有的意思和HTML标签：

如果你现在只能选择一个计算机最重要的部件，那一定是中央处理器（CPU）。它是主要的集线器（或者说是“大脑”），能够处理来自程序、操作系统或PC中其他组件的指令。

多亏了功能更强大的CPU，我们已经从以前几乎无法在计算机屏幕上显示图像的时代跃升为现在可以享受Netflix、视频聊天、流媒体以及日益逼真的视频游戏。这些现实正是得益于CPU 强大的处理性能。

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。不同的是，现代CPU不用读取打孔卡或者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。

CPU的制造过程非常复杂。最关键的一点是，每个CPU都有容纳数十亿个微型晶体管的硅芯片（一个或多个）。正如我们之前提到的，这些建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。受益于这些晶体管的存在，CPU可以比以前更快地完成越来越复杂的任务。

晶体管数量并不一定意味着CPU会工作得更快。这仍然是一个根本原因，即是说，您口袋里所携带的手机比我们第一次登月时整个星球所拥有的计算能力要强大得多。

在深入介绍CPU概念之前，让我们先谈谈CPU是如何基于机器代码执行称为“指令集”的指令的。具有不同指令集的CPU可以来自不同公司，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，无论它们是Intel还是AMD CPU。在2020年末推出的新款Mac将搭载基于ARM的CPU，它们使用不同的指令集。另外还有一些使用ARM处理器的Windows 10 PC。

现在，让我们来看一下硅片本身。下面的图片摘自2014年英特尔发布的白皮书，介绍了用于Core i7-4770S的CPU架构。这只是处理器布局的一个示例—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。曾经只有单核的CPU存在。现在我们有了多核CPU，它们能够更快地处理指令。内核还可以具有称为超线程或者同时多线程（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。

该示例中的核心共享一个称为L3缓存的东西。这是CPU内部的板载内存。CPU还包括每个内核中的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，请查看StackExchange上的帖子。

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CPU内部的信息传输。

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也不含板载图形。

现在，我们已经了解了CPU的底层功能，下面我们来看一下它如何与计算机的其他部件集成。CPU位于PC主板上的插槽中。

一旦放入插槽中，计算机的其他部件就可以通过称为“总线”的连接到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）。这四个通道也可以分割。两个通道可用于M.2 SSD，两个通道可用于较慢的SATA驱动器，例如硬盘驱动器或者2.5英寸SSD。

这就是20条通道，其余的4条通道则保留给芯片组，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。显然，性能更高的组件连接到CPU的通道更为直接。

正如您所知，CPU执行大部分指令处理，有时甚至可以处理图形（如果它的设计如此）。CPU并不是唯一处理指令的部件。其他组件（例如图形卡）具有自己的处理能力。GPU也使用自己的处理能力与CPU协作并运行游戏或执行其他图形密集任务。

最大的区别是这些部件处理器是在特定任务情境下构建的。而CPU是一种通用设备，能够执行各种计算任务。这就是为什么CPU在您的PC中占据上风的原因，其余的部件则依赖它来运行。