CPU(中央处理器)是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
CPU的运作原理可分为四个阶段: 提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,并执行指令。
性能参数
CPU的主要性能参数包括:主频,倍频,外频。CPU的主频也叫时钟频率,CPU 主频为 CPU 的额定工作频率,当内核数目和缓存大小一样时,主频越高的CPU性能越好。通常,主频越高CPU处理数据的速度就越快,
CPU的主频=外频×倍频系数。
CUP将外频作为和主板其他部件之间通讯的频率,而工作频率靠倍频来调节提升。
CPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。通常所说的某某CPU是多少MHz的,而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。
外频是CPU的基准频率,单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。
倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。一般情况下,同代(同针脚)的CPU,其外频往往是一样的,只是倍频系数的变化导致主频不同。
多核
多核处理器把多个CPU(核心)集成到单个集成电路芯片(Integrated Circuit Chip)中。一个双核的CPU有2个中央处理单元,操作系统可以看到真正的2个核心,所以2个不同的进程可以分别在不同的核心中同时执行,
这大大加快了系统的速度。由于2个核心都在一个芯片上,因此它们之间的通信也要更快,系统也会有更小延迟。
超线程(Hyper Threading)其实就是同时多线程技术,是一项允许一个CPU执行多个控制流的技术。它的原理就是把一颗CPU当成两颗来用,将一颗具有超线程功能的物理CPU变成两颗逻辑CPU,而逻辑CPU对操作系统来说,跟物理CPU并没有什么区别。因此,操作系统会把工作线程分派给这两颗(逻辑)CPU上去执行,让(多个或单个)应用程序的多个线程,能够同时在同一颗CPU上被执行。注意:两颗逻辑CPU共享单颗物理CPU的所有执行资源。实际上,超线程技术就是对CPU的虚拟化。
多核处理器把多个CPU(核心)集成到单个集成电路芯片中。多核CPU(处理器)是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。超线程(hyper-threading)其实就是一项允许一个CPU执行多个控制流的技术。
CPU处理器指令体系
CISC复杂指令集特点在于指令多,一条指令执行多个功能。优点体现在特定功能执行效率高,例如多媒体处理;缺点是系统设计复杂,执行效率低;典型架构包括x86。
RISC精简指令集特点是指令少,复杂任务由多个精简指令组合完成。优点是常用工作执行效率高,功耗低;缺点是部分复杂任务处理效率偏低,例如多媒体处理;典型架构是ARM、Power、MIPS、Alpha和SPARC等。
RISC架构相比x86架构来说,物理核心更多,适用于当前数据中心主流的分布式计算场景;例如大数据、分布式存储、HPC等;能耗更低,节能环保,相比同样性能的x86处理器,功耗低20%左右。
然而,RISC架构相比x86架构也存在明显不足,如单核性能稍弱于x86;相比于Intel AVX512,向量指令运算能力偏弱,在HPC部分场景性能低于x86;对通用场景无任何影响;