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2023-03-29 13:05:50

什么是CPU(中央处理器)

来源:东橙设计网站策划部

CPU 是计算机的心脏。它包含的计算能力对于您的 PC 每天必须处理的任务至关重要。

缩写 CPU 代表什么?

缩写 CPU 是指计算机的中央处理器。它通常简称为处理器。处理器是 PC 的核心硬件组件和心脏。没有它,计算机根本无法运行。这主要是因为 中央处理器 负责 PC 运行所需的所有计算。

要了解CPU的重要性,有必要了解计算机的基本功能。计算机的计算由机器指令执行,您可以将其视为对处理器的指令。所有机器指令都可以表示为一和零的序列,或二进制代码。这也发生在您的计算机中,因为 CPU 只能处理二进制指令

不同类型的中央处理器

没有一个处理器,而是一系列不同的CPU。这些主要可以通过处理器内核的数量来区分。但是,CPU的应用领域也允许区分不同的处理器类型。当然,制造商各不相同,但市场由两家公司主导,特别是英特尔和AMD。

通过内核数量实现差异化

单核处理器

单核 CPU 只有一个处理器核心。这意味着他们一次只能处理一个任务。它们是最古老的CPU,现在很少使用,因为并行化在许多现代应用程序中起着核心作用。

多核处理器

单核处理器的对应物是多核CPU。它们的特点是它们有几个核心。它们通常有两个或四个处理器内核(双核或四核),但更多内核并不少见。使用具有大量内核的处理器,尤其是在运行服务器时。多核处理器的优势是显而易见的:由于不同的独立单元,它们可以并行执行多项任务,从而实现更流畅、更快速的工作。

中央处理器的不同用途

台式机中央处理器

如果您使用传统的台式 PC,则使用的是台式机 CPU。这些是安装在 PC 中的处理器。许多现代台式机处理器还包括一个集成显卡,这对于标准应用程序来说已经足够了。

移动式处理器

基本上,台式机和移动处理器之间没有重大区别。在大多数情况下,它们主要在功耗上有所不同。通常,台式机CPU被认为比安装在笔记本电脑等移动设备中的同类产品更强大。

服务器中央处理器

服务器内部使用的处理器与笔记本电脑和 PC 中的 CPU 不同。它们具有更多的内核,可以有效地执行许多同时操作。此外,服务器通常全天候运行,因此可以通过内核数量来补偿高负载。

提示

当您租用带有IONOS的专用服务器时,您将受益于CPU功率的最佳可扩展性。

CPU 的关键任务

处理器执行计算机的基本任务。它们通常可以通过以下三种方式进行区分:

  1. 处理说明。计算单元负责处理接收到的指令并返回相应的结果。
  2. 与输入和输出设备或外围设备的通信。控制单元对此负责。它还负责各个处理器组件之间的交互。
  3. 数据交换。传统PC由许多组件组成,例如不同类型的内存或图形卡。通过其系统总线,处理器确保数据可以在组件之间来回发送。

除了这些中央组件之外,CPU 还可以包含现代处理器中不可或缺的其他组件:

  • 内存管理单元:内存管理单元(简称 MMU)通过将虚拟内存地址转换为物理内存地址来管理对计算机主内存或 RAM 的访问。
  • 缓存:缓存通常是多级快速缓冲内存。
  • 浮点单元:浮点单元是负责处理十进制数的专用计算单元。

CPU 如何运行

CPU内单个指令的处理速度非常快。例如,当您按下键盘上的某个键时,您通常会立即在显示器上看到相应的字母。尽管如此,许多步骤都在后台运行,以使指令的处理顺利运行。命令处理的基本顺序可以分为四个基本阶段:

  1. 获取:首先,从计算机内存中读取下一条机器指令的地址。
  2. 解码:然后对指令进行解码,并加载相应的电路。
  3. 获取操作数:然后将指令所需的所有参数加载到寄存器中。写入寄存器的值可以在主存储器、工作存储器缓存中找到。
  4. 执行:最后,执行命令。

这四个阶段实际上在一个连续循环中重复:一旦一个命令完成,下一个命令就会被选择并由处理器处理。命令的执行顺序取决于调度过程。通过适当的规划,他们确保系统以平衡的方式运行。

性能特点

处理器的强大程度取决于几个因素。一方面,字宽是相关的。这指定了机器字的长度。例如,它确定可以同时从主存储器读取多少,或者可以在哪个范围内处理整数或浮点数。大多数常见的计算机的字宽为 32 或 64 位。

当您想要评估处理器的性能时,CPU 内核的数量也起着决定性的作用:处理器拥有的内核越多,可以并行处理的任务就越多。随着内核数量的增加,系统内的负载分布也效果更好。

但是,重要的不仅仅是内核数量。对于 CPU 的性能来说,至少同样重要的是各个内核工作的时钟频率。时钟频率以赫兹或千兆赫兹为单位指定。基本上,时钟频率越高,CPU每秒可以处理的机器指令就越多。

但是,主板的基本时钟也对时钟频率起作用,对于某些主板,可以在BIOS中手动设置时钟频率。此外,时钟频率不能任意增加,但始终受到CPU温度的限制。如果增加太多,处理器在某些情况下可能会损坏。尤其是正因为如此,超频 CPU 还需要一些专业知识。

时钟频率与 CPU 内核数

对 CPU 性能更具决定性的因素是什么:内核数量还是时钟频率?不幸的是,这个问题没有明确的答案。它不仅取决于应用程序,还取决于处理器本身。

现代处理器在处理指令方面通常更有效,因此也可以以较低的时钟频率提供与具有较高时钟频率的旧处理器相同的性能。此外,现代处理器通常提供多线程或线程的可能性,以便可以在一个内核上并行执行多个线程

如果您在计算机上运行的应用程序受益于多核和并行化,那么值得求助于相应数量的处理器内核以最佳方式分配 CPU 负载。此类应用程序包括使用虚拟机或渲染。这是因为此类程序的工作负载可以很好地分配。

如果您主要将PC用于无法很好地分配其工作负载的应用程序,例如计算机游戏,则时钟频率将变得更加决定性。

现代处理器通常在 CPU 内核之间具有智能工作负载分布。如果当前工作负载可以有效地分布在多个内核上,那么这正是要做的,并且使用所有可用的内核。然后,各个内核以较低的时钟频率运行。但是,如果使用多个内核是不明智或不必要的,则所用内核的时钟频率会增加。

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