Luna Tech | 聊聊 CPU（中央处理器）
0. CPU 是什么
CPU (Central Processing Unit) 是电脑硬件的核心部分，长这样：
CPU 是计算机的大脑，核心任务是处理数据，完成任务。
1. CPU 的构成
- 控制器 (Control Unit)
- 运算器 (Arithmetic and Logic Unit)
控制器 (Control Unit)
简称 CU。
控制器是用来管理电脑系统里面的数据流的（数据流是电脑沟通的方式）。
控制器会监控数据的流动，数据的输入和输出，数据是否按时到达了正确的地方。
运算器 (Arithmetic and Logic Unit)
简称 ALU，ALU 是 CPU 用来进行运算的部件。
之前我们说过，计算机本质上就是 01，所以 ALU 是对 01 在进行运算。
2. CPU 的速度
CPU 的速度很大程度上决定了计算机的速度，有 3 大指标：
- Clock speed（主频）
- Cores（核）
- Cache（缓存）
Clock speed（主频）
因为 CPU 同一时间只能处理一个指令，所以理论上，它处理一个指令的速度越快，CPU 的性能就越高。
一个 Clock 的时间，等于 CPU 获取并且执行一个指令的时间。
这个速度是用每秒的转速来衡量的，每秒 1 转 = 1 赫兹，所以我们看下图 2020 年 Macbook Pro 的 CPU 的规格是 2.6GHz，就等于每秒可以转 26 亿次。
Cores（核）
Macbook Pro 还提到了 Intel 8 核处理器，这个【核】就是 CPU 的 core。
每个核在同一时间可以处理一个指令，那么 8 个核就意味着 CPU 在同一时间可以处理 8 个指令，效率是不是大大提高了呀~
然而核多了也有一个缺点：处理指令之前先要确定到底哪个核来处理，指令处理完了之后，还要把每个核的处理结果合并在一起。
Cache（缓存）
缓存是一种 memory （储存）的形式，它是 CPU 的一部分，用来储存一些 CPU 需要用的数据和指令。
缓存越大，CPU 能存的数据和指令就越多。
Cache 分为以下几个等级，不同等级的规格有所区别。
在 Macbook Pro 的例子里面，我们可以看到有 12 MB 的 L3 cache，指的就是缓存容量。
速度：L1 Cache > L2 Cache > L3 Cache
3. CPU 的工作流程
说来简单，CPU 只做以下几件事：
- Instruction Fetch （获取指令）
- Instruction Decode（解码指令）
- Instruction Execution（执行指令）
然后重复……
Instruction Fetch （获取指令）
CPU 从内存里面获取指令，指令会放进一个叫做 Instruction Register（指令寄存器）的东西里面，也有人把这个称作 Immediate access store。
Instruction Decode（解码指令）
这个阶段是由 Control Unit 完成的，主要是看看这个指令需要怎么完成，是否需要从内存里面拿一些数据才能完成。
Instruction Execution（执行指令）
如果指令涉及到算术和逻辑运算，就要用到 ALU（运算器）了。
执行是这三个步骤里面的核心，其余两步可以认为是 overhead（额外成本）。
有时候需要把运算结果存下来，也就是第四步。
4. 结语
本文主要讲了：
- CPU 是计算机的大脑，核心任务是处理数据，完成任务。
- CPU 的组成部分：控制器和运算器
- CPU 的三大指标：主频、核、缓存
- CPU 的工作流程：指令获取、指令解码、指令执行
Talk to Luna
Support Luna
