CPU

@[toc] --- ## CPU 的基本结构 中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。 从功能上看，一般 CPU 的内部结构可分为： - **控制单元**（指令寄存器 IR、指令译码器 ID 等）：完成数据处理整个过程中的调配工作 - **逻辑运算单元**：完成各个指令以便得到程序最终想要的结果 - **存储单元**（包括 CPU Cache（高速缓存）和寄存器组）：CPU 中暂时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据 这三部分由 **CPU 内部总线**连接起来  CPU 的工作原理概括如下：  > 更细一点，从实现的功能方面看，CPU 大致可分为如下八个结构： > > - [指令寄存器](https://baike.baidu.com/item/指令寄存器/3219483) ：它是芯片上的指令仓库，有了它 CPU 就不必停下来查找[计算机内存](https://baike.baidu.com/item/计算机内存/9021807)中的指令，从而大幅提高了 CPU 的运算速度。 > - [指令译码器](https://baike.baidu.com/item/指令译码器/3295261) ：它负责将复杂的机器语言指令解译成运算逻辑单元（ALU）和寄存器能够理解的简单格式，就像一位外交官。 > - 控制单元 ：既然指令可以存入CPU，而且有相应指令来完成运算前的准备工作，背后自然有一个扮演推动作用的角色——它便是负责整个处理过程的[操作控制器](https://baike.baidu.com/item/操作控制器/1921725)。根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元（ALU）和寄存器如何运算、对什么进行运算以及对结果进行怎样的处理。 > - 寄存器 ：它对于 CPU 来说非常的重要，除了存放程序的部分指令（指令寄存器、程序计数器也是一种寄存器），它还负责存储指针跳转信息以及循环操作命令，是运算逻辑单元（ALU）为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域，其数据来源可以是高速缓存、内存、控制单元中的任何一个。 > - 逻辑运算单元（ALU）：它是 CPU 芯片的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。来自控制单元的讯息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算单元会从寄存器中间断或连续提取数据，完成最终的任务。 > - 预取单元 ：PU 效能发挥对其依赖非常明显，预取命中率的高低直接关系到[CPU核心](https://baike.baidu.com/item/CPU核心/3030437)利用率的高低，进而带来指令执行速度上的不同。根据命令或要执行任务所提出的要求，何时时候，预取单元都有可能从指令高速缓存或[计算机内存](https://baike.baidu.com/item/计算机内存/9021807)中获取数据和指令。当指令到达时，预取单元最重要的任务就是确保所有指令均排列正确，然后发送给译码单元。 > - 总线单元 ：它就像一条高速公路，快速完成各个单元间的数据交换，也是数据从内存流进和流出 CPU 的地方。 > - 高速缓存（CPU Cache）：存储来自译码单元专门标记的数据，以备逻辑运算单元使用，同时还准备了分配到计算机不同部分的最终结果。 ## CPU 和 CPU Core CPU Core 也就是我们常说的核。一个 CPU 可以有多个 CPU Core（具体自己电脑有几个 CPU，CPU 有几个 Core 可以参考这篇文章的方法进行查看：[CPU个数、CPU核心数、CPU线程数](https://www.cnblogs.com/kimsimple/p/7787018.html)） CPU 全称 Central Processing Unit，中央处理器，计算机的大脑，长这个样子：  CPU 通过一个插槽安装在主板上，这个插槽也叫做 CPU **Socket**，它长这个样子：  而我们说的多核 CPU，一个 CPU 有几个核，这个核就是 Core 其实在很久之前是没有 Core 的概念的，一个 CPU 就是一个完整的物理处理单元，之后由于多核技术的发展，**CPU 的概念转变为了一个容器（container），而 Core 则变成了真正的物理处理单元**。 **一个 CPU 中可以有多个 Core，各个 Core 之间相互独立且可以并行执行**  所以你说**一个多核 CPU 支不支持多进程/线程并行？** 当然是可以的，进程具体是由 Core 来执行的，并不是说 1 个 CPU 同时只能执行 1 个进程/线程。 A core can work on one task, while another core works a different task, so the more cores a CPU has, the more efficient it is（一个核心可以执行一项任务，而另一个核心执行不同的任务，因此 CPU 拥有的核心越多，它的效率就越高） 一般来说，我们可以将一个 Core 分为三个主要部分：控制单元（Control Unit，CU）、算术逻辑单元（Arithmetic-Logic Unit，ALU）和内存（Memory） - **控制单元（Control Unit, CU）**：使 Core 与计算机系统的其他组件进行通信 - **算术逻辑单元（ALU）**：这个单元由执行算术和逻辑运算的电子电路组成。通常，ALU 执行四种算术运算 - 加、减、乘、除。此外，它通常执行三个逻辑操作 - 等于、小于和大于 - **内存（Memory）**：内核中构建的内存由寄存器（Register）和缓存（Cache：L1 Cache 和 L2 Cache）组成。寄存器用于保存地址、指令和核心处理计算结果。缓存是高速随机访问存储器，它保存 Core 可能会(重新)使用的数据 除了这三大块，Core 中还包括时钟和总线，就不详细说了，下图显示了一个抽象的 Core 架构：  那这些 Core 互相独立的执行任务，谁负责来对他们进行**协调**呢？ 没错，CPU 上剩余的部分，也就是 UnCore 部分就是干这个事儿的： **Coordinates cores for executing tasks in a computer system.** （常见的比如 L3 Cache 就是在这里，一个 CPU 上的所有 Core 共享一个 L3 Cache）  可以配合下面这个图片理解下，来源 [Intel® Performance Counter Monitor - A Better Way to Measure CPU Utilization](https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/performance-counter-monitor.html)  对于我们做上层 Web 开发的话，关注的应该是 CPU Core 的数量，而非 CPU 数量，比如常见的线程池的 corePoolSize 设置为 CPU 个数 * 2，这里的 CPU 个数，其实指的就是 CPU Core 的个数 > 当然了，还有 **Hyper-threading 超线程**这种技术，在 Core 的基础上再做扩展，将一个 Core 分裂成多个虚拟核心 Virtual Core，本文就不多做解释了~