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探秘 CPU:它到底是什么及神奇作用

浏览:次    发布日期:2025-03-14

  如果您必须选择计算机中最重要的一个部分,那将是中央处理器(CPU)。它是主要的枢纽(或“大脑”),处理来自程序、操作系统或您 PC 中其他组件的指令。

  因为有了更强大的 CPU,我们从几乎无法在计算机屏幕上显示图像,发展到能够观看 Netflix、进行视频聊天、使用流媒体以及玩越来越逼真的视频游戏。

  CPU 是工程学的奇迹,不过其核心仍然依赖于对二进制信号(1 和 0)的基本概念的解释。

探秘 CPU:它到底是什么及神奇作用(图1)

  CPU 制造 很复杂。重要的是,每个 CPU 都有硅(一块或者几块),里面包含数十亿个微型晶体管。

  正如我们之前提到的,这些晶体管使用一系列电信号(电流“开”和电流“关”)来表示机器 由 1 和 0 组成的二进制代码。由于有如此多的这些晶体管,CPU 能够以比以前更高的速度完成越来越复杂的任务。

  晶体管数量不一定意味着 CPU 运行速度就更快。不过,这仍是一个根本原因,您口袋里所携带的手机的计算能力,或许远远超过了当年我们首次登上月球时整个地球的计算能力。

  在我们进一步深入探究 CPU 的概念层级之前,咱们来聊聊 CPU 是怎样依据被称作‘指令集’的机器代码执行指令的。不同公司的 CPU 可能会有不同的指令集,但也不绝对。

  比如说,大多数 Windows PC 采用 x86-64 指令集,不管它们是英特尔的还是 AMD 的 CPU。但是,2020 年及之后的 Mac 配备了被称为苹果硅的基于 ARM 的 CPU,其使用的是不同的指令集。还有数量虽然不多但持续增加的使用 ARM 处理器的 Windows PC,像联想 Yoga Slim 7x。

探秘 CPU:它到底是什么及神奇作用(图2)

  现在,咱们来瞧瞧硅本身。上面这张图表源自英特尔 2014 年发布的有关酷睿 i7-4770S 的 CPU 架构的白皮书。这仅仅是一个处理器模样的例子——其他处理器有着不同的布局。

  我们可以看到这是一个 四核 处理器。天博注册流程及注意事项曾经有一段时间,CPU 只有一个核心。现在我们有了多个核心,它们处理指令的速度要快得多。核心还可以具备被称为超线程或同步多线程(SMT)的功能,这能让一个核心在 PC 中看起来如同两个。正如您可能想象的那样,这有助于进一步加快处理时间。

  在此图中,核心共享一种被称为 L3 缓存的事物。这是 CPU 内部的一种板载内存形式。CPU 还具有 L1 和 L2 缓存,每个核心中都包含这些缓存,还有寄存器,这属于一种低级内存形式。如果您想了解寄存器、缓存和系统内存之间的区别,请查看 StackExchange 上的这个答案。

  上面所展示的 CPU 还包含系统代理、内存控制器以及硅片的其他部分,用于管理进出 CPU 的信息。

  最后,还有处理器的板载显卡,它生成您在屏幕上看到的所有那些精彩的视觉元素。并非所有的 CPU 都具备自身的图形功能。例如,AMD Zen 台式机 CPU 需要独立显卡才能在屏幕上显示任何内容。一些英特尔酷睿台式机 CPU 也不包括板载显卡。

探秘 CPU:它到底是什么及神奇作用(图3)

  既然我们已经了解了 CPU 内部的运作情况,现在咱们来瞧瞧它怎样跟您这台个人电脑的其他部分相融合。CPU 位于您个人电脑主板上所谓的插槽中。

  一旦它被安装在插槽里,计算机的其他部件能够通过所谓的“总线”与 CPU 相连。例如,RAM 通过其自己的总线连接到 CPU,而许多 PC 组件使用一种特定类型的总线,称为“PCIe”。

  每个 CPU 都有一组其能够使用的“PCIe 通道”。例如,AMD 的 Zen 5 CPU 有 28 个直接连接到 CPU 的通道。然后呢,这些通道由主板制造商在 AMD 的指导下予以分配。

  例如,通常 16 个通道用于 x16 图形卡插槽。然后,有 8 个通道用于存储,例如快速存储设备,如 M.2 SSD。或者,这 8 个通道也可以拆分。两个通道可用于 M.2 SSD,另外两个用于速度较慢的 SATA 驱动器,如硬盘或 2.5 英寸 SSD 等等。

  这里有 24 条通道,另外 4 条为芯片组预留,芯片组是主板的通信中心和流量管控器。然后,芯片组有自己的一组总线连接,使更多的组件能够添加到 PC 中。正如您可能预期的那样,性能更高的组件与 CPU 的连接更为直接。

  正如您所看到的,CPU 完成大部分指令的处理,有时甚至承担图形方面的工作(如果其是为此而构建的)。然而,CPU 并不是处理指令的唯一方式。其他组件,如显卡,有自己的板载处理能力。GPU 也使用自己的处理能力与 CPU 配合运行游戏或执行其他图形密集型任务。

  最大的区别在于,组件处理器是针对特定任务构建而成的。然而,CPU 是一种通用设备,天博注册流程及注意事项能够完成要求它完成的任何计算任务。这就是为什么 CPU 在您的 PC 中占据主导地位的,而系统的其余部分依赖它来运行。

  如果您正在构建一台 PC,尤其是用于游戏的 PC,您要确保选择一个快速且面向未来的处理器。查看我们的市场上最佳 CPU 指南来开始操作。不过,在订购任何其他部件之前,请务必检查您的相关尺寸。