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發布時間:2020-07-23 04:04  





CPU主要包括兩個部分,即控制器、運算器,其中還包括高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存儲器、輸入/輸出設備。CPU的功效主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理數據。
注:指令集的軟硬件層次之分:硬件指令集是硬件層次上由CPU自身提供的可執行的指令集合。軟件指令集是指語言程序庫所提供的指令,只要安裝了該語言的程序庫,指令就可以執行。
CPU有強大的算術運算單 元,可以在很少的時鐘周期內完成算術計算。同時,有很大的緩存可以保存很多數據在里面。此外,還有復雜的邏輯控制單元,當程序有多個分支的時候, 通過提供分支預測的能力來降低延了時。GPU是基于大的吞吐量設計,有很多的算術運算單元和很少的緩存。同時GPU支持大量的線程同時運行,如果他們需要訪問同一個數據,緩存會合并這些訪問,自然會帶來延了時的問題。盡管有延了時,但是因為其算術運算單元的數量龐大,因此能夠達到一個非常大的吞吐量的效果。
用戶態的CPU,只允許執行指令集中的部分指令。一般而言,IO相關和把內存保護相關的所有執行在用戶態下都是被禁止的,此外其它一些特權指令也是被禁止的,比如用戶態下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態。
控制器之所以知道數據放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的,每個指令對應一個基本操作,比如加法運算對應一個指令。例如,將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數據)中的值拷貝到ALU中,然后根據的操作指令執行加法運算,將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中,后寫入到內存。
關于CPU上的高速緩存
1、高速的緩存是CPU的寄存器,它們和CPU的材料相同,靠近CPU或接近CPU,訪問它們沒有時延(<1ns)。但容量很小,小于1kb。
2、寄存器之下,是CPU的高速緩存。分為L1緩存、L2緩存、L3緩存,每層速度按數量級遞減、容量也越來越大。
3、每核心都有一個自己的L1緩存。L1緩存分兩種:L1指令緩存(L1-icache)和L1數據緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解了碼指令,L1數據緩存用來放訪問非常頻繁的數據。
4、L2緩存用來存放近期使用過的內存數據。更嚴格地說,存放的是很可能將來會被CPU使用的數據。
5、多數多核CPU的各核都各自擁有一個L2緩存,但也有多核共享L2緩存的設計。無論如何,L1是各核私有的(但對某核內的多線程是共享的)。