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cpu原理白话讲解?

时间:2024-05-17 20:20|来源:未知|作者:admin|点击:0次

一、cpu原理白话讲解?

CPU的结构主要由运算器、控制器、寄存器三大块组成。

①运算器就是中央机构里负责执行任务的部门,也就是专门干活的;而控制器就是中央机构的领导小组,针对不同需要,给运算器下达不同的命令;寄存器可以理解为控制器和运算器之间的联络小组,主要工作就是协调控制器和运算器。

运算器这个干活的部门,平日里整个中央机构要干点啥事就找这个部门。例如东边洪灾了,你去赈灾吧;西边发现金矿了,你去主导挖矿吧;北边下大雪了,你去送温暖吧;南边下暴雨了,你去疏导洪流吧……

②而控制器这个部门比较牛逼,他们是不用干活的,主要就是对国家(整部计算机)发生的各种情况,做出应对,然后让运算器去把活干好。在这里,我们会发现一个大问题:如果这个部门闲的蛋疼,乱下命令怎么办?这也好办,我们就制定出一套行为规范来限制他们,不让他们乱搞。而这套行为规范就是CPU的指令集。

指令集就是CPU的行为规范,所有的命令都必须严格按照这部行为规范来执行。在这里说明一下不同类型的CPU指令集也不一样,其中最常见的就是X86架构下的复杂指令集和ARM架构下的简单指令集。X86就是我们平常电脑CPU的架构,ARM就是手机CPU的架构。

由于电脑CPU这个中央机构所在的国家(电脑)面积大、人口多、国情复杂,啥事都会发生,所以规章制度就需要特别完善,考虑到方方面面的情况要怎么应对。而手机CPU这个中央机构国家小、人口少、面积窄,所以规章制度简单一点就可以了。这就是复杂指令集和简单指令集的区别。

③寄存器这个部门稍微复杂一点,因为它虽然没有运算器和控制器那么重要,但是它P事多,控制器平时总喜欢让寄存器去给运算器传达个命令。而运算器有时候也会担心数据太多一时处理不过来,就让寄存器帮它先记着,有时候工作需要纸笔、螺丝刀之类的小工具,也让寄存器帮它拿着。

 

CPU读取数据速度

 

了解完寄存器的功能后,又发现了一个问题,如果控制部门下达的命令太多,而运算部门又没那么快可以做完,又或者运算器让它记住的东西或者临时拿着的东西太多,寄存器部门太小,人太少,忙不过来怎么办?好办,扩招人员吧,可是这个部门的人员都是编制内的,没有在编名额了怎么办?也好办,那就招些编外人员吧,也就是我们常说的临时工。

招了临时工,总要给他个名号吧,那就再成立一个部门,叫高速缓存。为了体现亲疏有别,这个部门把临时工分为三个等级,分别是一级高速缓存、二级高速缓存、三级高速缓存。反正也是临时工,名号就这么随便叫吧。

在CPU这个中央机构可跟新闻上说的事给临时工做、锅给临时工背不同,在这里高速缓存这个临时工部门是作为寄存器替补而存在的,也是说,必须在寄存器完成不了工作量时,才能交给高速缓存来做。一开始交给一级高速缓存来做,一级也做不完再给二级,二级还做不完就给三级。这里又有一个问题出现了,那就是如果三级也做不完怎么办?

这完全没问题,交给中央机构的一个下属部门去办,这个部门就是内存。但是因为内存毕竟不属于中央机构,工作能力没有中央机构人员那么强,效率也没有那么高。

所以控制部门要下达命令或者运算部门要做事时,首先想到的就是寄存器,寄存器忙不过来了就找高速缓存帮忙,高速缓存也忙不过来就找内存帮忙。那么,内存也传达不过来呢?内存传达不过来那就没办法了,只能让电脑卡着吧,等运算部门先把上一件事处理好再说。所以,买电脑,不能光看CPU牛不牛,内存容量也要跟上。

还有一个容易被大家忽略的问题,在这里也说一下吧,那就是晶体管。晶体管是构成CPU最基础的原件,可以理解为整个中央机构的工作人员。随着科技的进步,CPU生产工艺越来越精细,目前手机端CPU(ARM架构)制程已经提升到7nm,电脑端也达到了14nm。

制程的提升,我们可以理解为,缩减每个办公人员的办公面积,以前科技不发达每个办公人员必须配一个独立办公室,才能有效完成工作,现在技术进步了,每个办公人员只需要一张办公桌就能完成工作了。所以同样的一栋大楼,可以容纳的办公人员(晶体管)就多了,工作能力就上升了。

以前一个CPU由于制程落后,只能容纳几千万或者几亿个晶体管,现在制程进步了,一个同样体积的CPU可以容纳几十亿个晶体管,性能自然就提升了。

 

二、半导体cpu原理?

CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上,用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此,从这个意义上说,CPU正是由晶体管组合而成的。

简单而言,晶体管就是微型电子开关,它们是构建CPU的基石,你可以把一个晶体管当作一个电灯开关,它们有个操作位,分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。

这一开一关就相当于晶体管的连通与断开,而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应!这样,计算机就具备了处理信息的能力。

三、zabbix 获取cpu原理?

agent安装在被监控的主机上,agent负责定期收集客户端本地各项数据,并发送至ZabbixServer端,ZabbixServer收到数据,将数据存储到数据库中,用户基于Zabbix WEB可以看到数据在前端展现图像。

当Zabbix监控某个具体的项目,该项目会设置一个触发器阈值,当被监控的指标超过该触发器设定的阈值,会进行一些必要的动作,动作包括:发送信息(邮件、微信、短信)、发送命令(SHELL 命令、Reboot、Restart、Install等)。

四、液晶电视cpu原理?

液晶电视cpu的原理:

1.通过高频调谐器选择不同频道的射频电视信号,并抑制邻频干扰。

2.将射频电视信号与本振信号混合,产生中频信号,本振信号 -射频信号 =中 频 (38.0MHZ)。

3.对中频电视信号作同步检波,分离出全电视信号和第二伴音中频信号。

4.从视频信号高度信号和色度信号(频谱分离) ,分离行、场同步信号(时域分离) 。

五、伺服电机控制方法有哪些?单片机或驱动CPU原理?

伺服电机也叫舵机。控制方法很简单 不同占空比的pwm可以控制它正转 反转。用单片机的引脚产生pwm接到电机的信号脚上即可。

六、CPU 的工作原理是什么?

上二年级的小明正坐在教室里。现在是数学课,下午第一节,窗外的蝉鸣、缓缓旋转的吊扇让同学们昏昏欲睡。此时,刘老师在黑板上写下一个问题:

小明抬头看了一眼,觉得这两个数字挺眼熟。他昨天翘课去网吧了,因此错过了刘老师讲的竖式计算加法。

“同学们算一算这道题。”刘老师和蔼可亲地说道。

小明盯着黑板懵逼。

小学二年级的他面对这样一道世界级难题,束手无策。小明伸出了自己的左手,打算用一个古老而深邃的方法--掰手指--尝试一下。

小明发现他的每只手只能输入0-5中的正整数,和的范围仅限于0-10,离6324还十分遥远。

“慢着!”小明看向了自己的左手。他发现,事情有一点不对劲。

我们也来看看小明的左手。这只左手有5根手指,我们把5根手指都伸开来记为11111,5根手指握拳记为00000,手背面向我们,左手小指是第一个1/0。

小明紧紧地握拳,然后伸出大拇指,此时的左手为00001。

“如果,”小明想,“这样是1”。他缩回拇指,伸出食指,此时的左手为00010;“这样是2”。他又伸出拇指,此时的左手为00011;“那么这样是3”。他缩回拇指和食指,伸出中指,此时的左手为对着自己竖中指00100;“这样就是4!”.....小明的左手飞速运动着,直到五根手指都伸直,像是钢铁侠射了一发掌心炮11111;“这样就是31!一只手可以表示0-31中的任意正整数!”小明为自己的发现感到激动。

可他不知道怎么表示加法。小明的同桌,英语课代表小红,看他摆弄了半天左手,忍不住问他在干什么。小明解释了他的发现。小红听了小明的一番高论,若有所思,提笔在数学书的封底画了一个表格:

小红画的表格

“如果我们能造一个机器,给它三个输入,它能返回两个结果,那我们就能算出这道题!”小红激动地说。“啥叫进位啊美女?”小明问道。“就是你列竖式的时候画的一小撇”,小红回答。“猎术士是什么,我知道猎魔人和古尔丹。”小红于是讲解了一下怎么列竖式计算十进制加法。

“我懂了。”小明说着,拿过小红的数学书,补全了表格:

小明试着补全表格

“是这样吗?”小明问小红。小红拿过来看了看,说:“最后一行写错了,输出结果应该是1。你想啊,1+1+1应该等于11,左边这一位是输出进位,右边这一位是输出结果,都是1,所以输出结果应该是1。”

“噢。”小明又拿过书来,拿起橡皮铅笔改正:

小明改好了

“那为什么这个机器能算加法?我还是不懂。”小明问。

“假设我们已经造出来了这么个机器,长这样”小红继续在封底上画着:

小红画的机器

“等会等会,怎么变成英文了,我英语不好。”小明叫道。“hmmm看来你没读双语幼儿园。左边这三个是输入,右边是输出,C是进位,C-in是输入进位,C-out是输出进位,Sum是和的意思,明白了么?”小红解释道。

“噢好。”

“假设我们已经造出来了这么个机器,造了好几个,我们这么连起来...诶纸不够大,我写不下了。”小明一听,赶紧从书桌膛里翻出来一本草稿纸,生怕同桌变成费马。

“谢谢。先这么连起来:”

小红画图中

“哦哦哦我懂了,A和B就是两只手,最右边这个one-bit-adder算得是最小位数的和!”小明说道。

“正确!”

“你这样连的话,是说最小位的输出进位就是下一位的输入进位,下一位的输出又是下下一位的输入!天啊,这跟列竖式好像。”小明惊叫。

“Absolutely!”小红回答道。

小明又拿过草稿纸,接着画起来:

小明画图中

“把对应的每一位连到每一个adder里...”小明念念有词,“...再汇总一下输出”:

小明画的加法器

“成了!这个东西可以算两只手加法的结果!”小明高兴极了。“可是离6324和244675还是太远了,输入5位远远不够呀。”小红皱了皱眉头。

“不不不!你在掰手指的时候有没有发现,每多一根指头,能表示的数就会多出来一大堆,我觉得只要加那么十几个就够了!1根指头能表示2个数(0,1),2根指头四个数(0,1,2,3),3根8个...”“是2的倍数!”小红接道,“小明,我觉得你的这个记数方法很有意思,要不叫小明式吧!”小红凝望小明的目光中有了一丝羞涩。

“二进制。”身后忽然传来低沉的声音。两人同时回头,发现数学课代表小刚正直勾勾地盯着那张草稿纸。他好像已聆听多时了。

“叫二进制吧,我看蓝猫淘气三千问讲过这个,一模一样,蓝猫说这是二进制。”小刚补充道。小刚的数学成绩是班里最好的,一进学而思就上的超常班。小红只能上尖子班,小明一般去网吧。

“那就叫二进制吧。”小明说。他和小红转过身来,老师让小组讨论的时候他们就这么坐。

小刚又道:“可是,怎么造出这个one-bit-adder呢?”他的眉头皱成一团,眼镜片看起来更厚了。小明和小红也陷入了沉默,三人一筹莫展,陷入僵局。

这时,小刚的同桌,物理课代表小兰入局。她忽然说道:“我听物理办公室的陈老师吹牛,他当年在大学里读电子工程,GPA一直是4.3,用实验室的导线开关和小灯泡就能造一个32位的加法器,不知道是怎么做到的。他还说什么与门是and或门是or,再加一个非门not,用它们表示逻辑,就能造出世间千千万万的计算机。”

小明听迷糊了,“等会等会,什么门?金拱门?”另两人也露出迷茫的表情。

小兰从桌子里掏出一个黑盒子。“这是下节课要用的教具,陈老师让我先拿着。”她打开盒子,取出三个零件和一个说明书。

“喏,你们看看这个”,她拿起第一个零件,“这个叫与门,有两个输入和一个输出。如果我们把输出连上小灯泡,接上电源,两个输入分别连上开关,那么是这么个情况:”

小兰画的表格

“就是说,只有两个开关都闭合了,小灯泡才亮,有点像串联电路。”小兰补充道。

“诶,有意思了...”小刚扶了扶眼镜,似乎打算说什么,大家都看向他。

“没,没什么,我还在想,小兰你接着说。”

“那好。”小兰接着拿起第二块零件。“这个叫或门,有一个开关开着灯泡就会亮...”“等下!”小刚忽然打断,拿起笔在自己的白纸上画起来:

小刚画的表格

“是不是这样!”小刚激动地说,“如果0是关1是开,0是灭1是亮的话,或门的输入输出是不是这样?”小兰看了看道:“正是”。

她拿起第三个零件,“最后这个叫非门,只有一个输入,一个输出。它会输出一个相反的结果:输入有电流,输出就没有;输入没有电流,输出就有电流。用小刚的话来说,输入0输出则为1,输入1输出则为0。太简单了,懒得画表了。”小兰把非门放在桌上。

小刚说道:“这三个门可以表示三种逻辑。如果A、B是输入, 就是经过或门的结果, 就是经过与门的结果, 则是A经过非门的结果。”三人纷纷点头。

“可是,这和加法有什么关系呢?”小明问道。四人再度陷入沉默。

沉默。

忽然,小明拿起笔,一边画一边说道:“如果我们回去看小红画的表格,”

左三列是输入,右二列是输出

“Sum可以写成A、B、Cin的逻辑关系!”

============2019/6/18书接上回===================

“你们看,把 A and B 记作 AB,A or B 记作 A + B,not A 记作 A bar。Sum 输出为1只出现在表格的2、3、5、8行,也就是三个输入中1的个数为奇数的时候。我们把这4种情况记下来,那么这个式子...”

可以拿逻辑门实现!!!”四人异口同声的叫道。

小红抢过草稿纸,又看了看物理教具的说明书,边画边说了起来:“说明书上写,这个火车头形状的符号表示 and gate;这个B2轰炸机形状的是or gate;这个小人形状的是not gate...”

小红画的与门,或门,非门

她又看了一眼小明的式子,说道:“这个式子的第一项可以这样...”

小红画的输出和的第一项

"你们看你们看,这不就是 嘛!"小红自豪地说。

小明补全了电路:

“先把与门都画了”

“再把或门都加上,搞定。这东西可以算出Sum了,接下来用一样的办法把C-out弄出来。”小明准备继续画。

“你们看,这里还有几个零件。”小兰指着说明书说道:

与非,或非,异或,同或

“与非门:一个与门的输出和一个非门相连,英文是not and,NAND gate。那个小圈圈代表一个非门。或非门是或门 + 非门,not or,NOR gate。第三个叫异或门,只有两个输入中一个为1一个不为1时,才会输出1,exclusive-or,XOR gate。第四个是同或门,也就是一个异或门加上一个非门。”

“啊哈!”小刚灵机一动,抓起笔来道:“我有一个绝妙的点子。”

小刚简化后的电路

“小明的方案,要用17个门。我只要2个异或门就搞定了,牛逼吧?”三人瞪大了眼睛,仔细思考后纷纷点头道:“牛逼,牛逼。”

小刚随即画出了完整的one-bit-adder电路:

小刚的one-bit-adder

小明从从教具盒里拿出电源、小灯泡、开关和逻辑门,按照设计图制作出了全加器:

加法器造出来啦!https://www.zhihu.com/video/1124302170232877056

看到小刚的设计被完整的实现,小明欣喜:“啊哈哈哈,吾有上将小刚,则霸业可成,汉室可兴啊!”他把黑盒子里的零件全拿了出来,四人忙碌地工作着。很快,他们拥有了5个全加器,基于小红的设计连了起来:

小红设计实现

“二进制的01100等于十进制的12,01010等于10,12+10=22,等于16+4+2,也就是二进制的10110...”四人人往代表输出结果的5个小灯泡望去:

亮,灭,亮,亮,灭;正是10110!

成了!!!”

大家激动的拍打课桌

为了计算黑板上那道题,四人一共制作了32个一位全加器,将它们连接后,一个三十二位加法器便诞生了。他们历经艰辛,踩着自然规律和人类智慧的肩膀,把自己从枯燥的加法计算中解放出来!

窗外的蝉鸣渐渐平息,头顶的吊扇不再转动。

“刘老师,答案是250999!”小明站了起来,声若洪钟大吕,震慑天地。

他和小红、小刚、小兰分别对视了一眼,收获了坚定的目光--这目光,连同面前的32位加法器,如同新的转机和闪闪星斗,正在缀满没有遮拦的天空。

刘老师点了点头,欣慰的说道:“很好,看来四位同学对这部分知识掌握的不错!我们再来看几道题!”

他转过身,拿起板擦,把黑板擦了个精光,又从黑板槽里拾起半截粉笔,写了起来:

  1. 244675 - 6324 = ?
  2. 3.14159 + 5.535897 = ?
  3. 17 * 45 = ?
  4. 3 / 2 = ?

一连四道题,让四人组陷入了深思:如何让自己的机器运算减法?乘法?除法?浮点数?

刘老师并没有停下,手中的粉笔运动得越来越快:

5. Fibonacci 数列的第103项?

6. 一圈共有N个人,开始报数,报到M的人出列,然后重新开始报数,问最后出列的人是谁?

......

疑惑越来越多了:如何存储?怎样实现分支?保证效率?

刘老师仍未停下,黑板快被写满了:

103. 方程ζ(s)=0的所有有意义的解都在一条直线上吗?

104. 大于2的偶数都可以写成两个质数的和吗?

......

134. 生命,宇宙及所有事物的答案?

刘老师放下了粉笔,半截粉笔已经变成硬币的厚度。

“这些问题,我们能造个机器回答么?”小明撑着头,喃喃自语。

(完)

PS: 下学期大三了555,求一份2020 Summer 北美或国内的CS实习,有机会的看官可以考虑考虑在下,私信/评论区说一声就行。千恩万谢!

===2019/7/11 答疑===

  1. 画图是啥软件?

Logism,免费的,用之前要装 java.

2. 还有续集吗?

没了,不好意思。本来想让他们造一个ALU的,结果全加器就写了三天,算了算了。

不过话说回来,从全加器到算术逻辑单元 (ALU) 基本没什么复杂的,需要理解一下补码、反码,因为减法和位移要用。

理解了运算原理再去看存储,看看啥叫Latch,啥叫D-flip-flop,以及寄存器是什么意思等等。

接下来你就可以接触到硬核的内容了,比如内存读写和寄存器读写有什么不一样,比如流水线怎么搞,指令集怎么控制,为什么会有pipeline hazard。找本mips或者riscv的书看看,我们老师用的书是riscv的,Computer Organization and Design RISC-V Edition: The Hardware Software Interface, 写得好啊,而且淘宝电子版只要十几块。

这些都搞懂的话,你差不多从门外汉级别升级成了坐在门槛上抽烟的老大爷级别。接下来学什么就别问我了,毕竟我也坐在门槛上。

3. 输入x输入y是啥?表格是不是画错了??你这写的啥我咋看不懂???

x, y 跟小明小刚甲乙丙丁一样没什么意义,只是代号。表格没错。

答主改不动了,看不懂没事儿,凑合着看呗,还能离了咋地

七、cpu芯片原理?

CPU芯片是计算机系统中的关键部件之一,其基本原理是通过内部电路和各种指令来执行数据的处理和运算。CPU芯片通过与内存和其他输入/输出设备之间的协同合作来处理指令和数据。具体来说,CPU内部包括寄存器、算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)等,它们相互协作,共同完成计算机的运算任务。寄存器用于暂时存储数据和指令,ALU用于完成运算操作,CU用于控制指令的流程和执行顺序。CPU芯片原理的非常广泛,涵盖了从CPU的体系结构设计到测量、压力测试等方面的知识。CPU的发展历程、各型号的性能比较、以及计算机行业的新技术等都是与CPU芯片原理密切相关的领域。

八、cpu设计原理?

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。它把指令分解成一系列的微操作,然后发出各种控制命令,执行微操作系列,从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成,其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。

九、cpu balance原理?

原理:CPU负载是用来体现当前CPU的工作任务loading情况,和CPU繁忙程度的。其主要通过统计CPU rq上task处于runnable的平均时间(runnable_load_avg = runnable_load_sum / LOAD_AVG_MAX)。并根据不同周期,统计出不同的k线,来体现CPU负载的变化趋势。

我们知道单个task处于runnable的平均时间是由PELT算法机制来完成统计的。所以,我们此次分析更偏向于如何利用统计出的单个task数据,再进一步统计出不同周期的均线,来表示CPU负载。

十、cpu发热原理?

1、电流通过连接cpu里面微原件的时候产生的热量,这种是焦耳热,跟电流的平方成正比;

  2、通过容性或者感性原件的时候产生的热量,这种热量比较少;

  3、两导线之间漏电,即通过基片时候产生的热量,和电流的平方成正比;

  4、电流通过pn结的时候释放的热量,这个热量占大多数,通常和频率成正比,和电流的平方成正比,等效一下就是跟电压的平方成正比,所以cpu超频的时候,频率上升,这个时候消耗会增加,而且频率也会加快,cpu总体等效电阻降低,电流增加,功耗也会增加,如果增大电压,除了这些之外漏电情况增加,发热量也会增加。

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