《鸟哥的Linux私房菜》笔记：CPU与计算机的组成

----- 最近更新【2022-02-16】-----

一、计算机简介

计算机 其实就是：接收用户输入指令与数据，经过中央处理器的数据与逻辑单元运算处理后，以产生或存储成有用的信息。

二、计算机硬件的五大单元

关于计算机的组成部分，可以分为五单元：输入单元、输出单元、CPU 内部的 控制单元、算术逻辑单元 与 内存。

五大单元中，最重要的控制单元和算术逻辑单元被整合到 CPU 的封装中。那么除了五大单元还有什么重要的设备呢？其实，最重要的接口设备是 主板，主板上面有个连接所有设备的芯片组，这个芯片组让所有的设备能够进行协调与通信，让 CPU 可以对这些设备下达命令。

还有其它比较重要的设备如硬盘、显卡等。

三、CPU

1、CPU 简介

整台主机的重点在于 中央处理器（Central Processing Unit, CPU），CPU 为一个具有特定功能的芯片，里头含有微指令集。如果你想要让主机进行什么特异的功能，就得要参考 CPU 是否有相关内置的微指令集才可以。

由于 CPU 的工作主要在于管理与运算，因此在 CPU 中又分为两个主要的单元：其中 算术逻辑单元 主要负责程序运算与逻辑判断，控制单元 则主要协调各组件与各单元间的工作。

CPU 进行运算与判断的数据从哪里来？

CPU 读取的数据都是从内存读取来的，内存内的数据则是从输入单元传输进来的。而 CPU 处理完毕的数据也必须要先写回内存中，最后数据才从内存传输到输出单元（或外部存储设备）。

2、CPU 的种类

如前面所说，其实 CPU 内部已经含有一些小指令，我们所使用的软件都要经过 CPU 内部的微指令集来完成才行。这些指令集的设计主要又被分为两种设计理念，这是目前最常见的两种类型，分别是 精简指令集（RISC） 与 复杂指令集（CISC）。

• 精简指令集（RISC）
  1）这种 CPU 设计中，微指令集较为精简，每个指令执行时间都很短，完成的操作也很单纯，指令的执行性能较佳；但是若要做复杂的事情，就要由多个指令来完成。常见的 RICS 微指令集 CPU 主要有： 甲骨文 (Oracle) 公司的 SPARC 系列、IBM 公司的 Power Architecture（包括 PowerPC）系列、安谋（ARM Holdings）公司的 ARM 系列、等。
  2）在应用方面：SPARC 架构的计算机常用于学术领域的大型工作站中，银行金融体系的主要服务器也都有这类计算机的架构；至于 PowerPC 架构，例如 Sony 公司出产的 Play Station 3（PS3）就是使用 PowerPC 架构的 Cell 处理器；那 ARM 呢？我们常用的各种手机、PDA、导航系统、网络设备（交换机、路由器）等，几乎都是使用 ARM 架构的 CPU！（可以说，目前世界上使用范围最广的 CPU 可能就是 ARM）

• 复杂指令集（CISC）
  1）在 CISC 的指令集中，每个小指令可以执行一些较低阶的硬件操作，指令数目多而且复杂，每条指令的长度并不相同。因为指令执行较为复杂，所以每条指令花费的时间较长，但每条个别指令可以处理的工作较为丰富。常见的 CISC 微指令集 CPU 主要有 AMD、Intel、VIA 等 x86 架构的 CPU。
  2）这些 x86 架构的 CPU 被大量使用于个人计算机用途上，因此，个人计算机常被称为 x86 架构的计算机。（x86 名称的来源：最早的那个 Intel 发展出来的 CPU 代号称为 8086，后来依此架构又开发出 80286、80386 ... 等，因此这种架构的 CPU 就被称为 x86 架构了。）
  3）在 2003 年以前由 Intel 所开发的 x86 架构 CPU 由 8 位升级到 16、32 位，后来 AMD 依此架构修改新一代的 CPU 为 64 位，为了区别两者的不同，因此 64 位的个人计算机 CPU 又被统称为 x86_64 的架构。
  4）新的 x86 架构的 CPU 大多含有很先进的微指令集，这些微指令集可以加速多媒体程序的运行，也能够加强虚拟化的性能，而且某些微指令集更能够增加能源效率，让 CPU 耗电量降低。

3、多核 CPU

目前流行的 CPU 都是双核以上的架构了，原本的单核 CPU 仅有一个运算单元，所谓的多核则是在一个 CPU 封装当中嵌入了两个以上的运算内核。简单地说，就是一个实际的 CPU 外壳中含有两个以上的 CPU 单元。

4、CPU 脚位

不同的 CPU 型号大多具有不同的脚位（CPU 上面的插脚），能够搭配的主板芯片组也不同。所以在购买 CPU 的时候，也要注意你的主板上面所支持的 CPU 型号。

目前主流的 CPU 有 Intel 的i3/i5/i7 系列产品中，甚至先后出产的类似型号的脚位也有可能不一样。例如 i7-2600 使用 LGA1155 脚位，而 i7-4790 则使用 FCLGA1150 脚位。

5、CPU 的频率

简单地说，频率 就是 CPU 每秒可以进行工作的次数。所以频率越高，表示 CPU 单位时间内可以做更多的事情。举个例子，Intel 的 i7-4790 CPU 的频率为 3.6 GHz，表示这个 CPU 在一秒内可以进行 次工作，每次工作都可以进行少数的指令运行之意。

单位换算：
1GHz = 1000MHz
1MHz = 1000KHz
1KHz = 1000Hz

注意，不同的 CPU 之间不能单纯的以频率判断运算性能。这是因为每个 CPU 的微指令集不相同，架构也不一样，可使用的第二层高速缓存及其计算机制可能也不同，加上每次频率能夠进行的工作指令数也不同，所以频率目前仅能用来比较同款 CPU 的速度。

6、CPU 的外频与倍频

外频 是指 CPU 与外部组件进行数据传输/运算时的速度，倍频 则是 CPU 内部用来加速工作性能的一个倍数，两个相乘才是 CPU 的频率（我们一般称为 主频）。

例如 Intel Core 2 E8400 的主频为 3.0GHz，而外频是 333MHz，因此倍频就是9。(，其中1G=1000M)

注：倍频是没有单位的，它只是一个倍数。

上图为使用 CPU-Z 工具查看 CPU 的相关参数。

四、参考

《鸟哥的Linux私房菜——基础学习篇（第四版）》鸟哥 著
鸟哥的链接：https://linux.vbird.org/linux_basic/centos7/