处理器的种类与性能
低頻约 34 分钟5 个术语过去问 18 题
本单元目标
- 能够说明 CPU（中央处理器） 取出指令、译码并执行的流程，以及 32 位与 64 位的区别。
- 能够按擅长的计算类型区分 CPU 与 GPU，按提升性能的方式区分 多核处理器 与 时钟频率。
- 能够根据 时钟频率 算出 1 个时钟周期的长度和每秒可执行的指令数。
术语总表（5 个）
术语
CPU（中央处理器） 是计算机的核心部件：它从主存储器（内存）取出指令并加以 译码，在进行运算的同时 控制 其他部件。
CPU 内部有寄存器（小型存储电路），其中的 程序计数器（プログラムカウンタ）用来记住下一条要取出的指令的地址。CPU 按这个地址逐条取出指令，反复进行译码和执行。32 位 CPU、64 位 CPU 中的数字表示一次能整体处理的数据宽度。
类比就像一位逐行读菜谱做菜的主厨。用书签记住下一行，读完想清楚意思，动手做完再读下一行。
记法CPU 的 C 是 Central（中央）。名字本身就说明它位于整台计算机的中央、指挥全局。
考点
- 常考CPU 反复执行从主存储器（主記憶）取出指令、译码、执行的流程。取哪条指令，由保存下一条指令地址的 程序计数器（プログラムカウンタ）指示。
- 常考与 32 位 CPU 相比，64 位 CPU 一次能处理的数据宽度更大，理论上能用地址指定的存储区域上限也更大。
- 常考兼容 CPU（互換CPU）是与原 CPU 采用相同指令集的另一款 CPU 产品，面向原 CPU 的操作系统（OS）和应用程序可以直接在上面运行。
该术语的过去问 3 题 CPU →
多核处理器（マルチコアプロセッサ）是在一个处理器中拥有多个负责处理指令的核心部分（核），由各个核 同时 推进不同处理的处理器。
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有 2 个核的称为 双核，有 4 个核的称为 四核。程序中执行的一连串处理流程的单位称为 线程。有些处理只能按顺序推进，所以增加核数后，性能的提升不一定与核数成正比。
类比就像只有一台收银机的商店又增加了收银机。排队的顾客可以在不同的收银机同时结账。
记法日语的デュアル（dual）与二重唱 duet、クアッド（quad）与四重奏 quartet 同源，分别表示 2 个、4 个核。
考点
- 常考多核处理器（マルチコアプロセッサ）的目的，是给各个核分配不同的工作并行推进，从而提高整个系统能完成的处理量。
- 常考核数是处理器内负责处理指令的核心部分的数量，2 个是双核（デュアルコア），4 个是四核（クアッドコア）。
- 常考把一个程序分成多个线程（スレッド）并行推进的方式称为 多线程（マルチスレッド）。分出的线程可以由不同的核同时承担。
该术语的过去问 3 题 マルチコアプロセッサ →
GPU（图形处理器） 是用大量的核 一齐 处理立体图像绘制、视频显示所需大量计算的图像处理专用处理器。
绘图时要对画面的每个像素重复同一类计算，把大量简单的核排在一起同时计算就能加快速度。GPU 从 CPU 那里接手这类计算，CPU 便能专注于整体控制和其他处理。
类比就像一支施工队，把一大幅壁画按格子分给很多人同时上色。每个人的活儿都很简单，但人数多，整体很快就完成了。
记法GPU 的 G 是 Graphics（图形、图像）。与 CPU 只差一个字母，首字母表明了它专门做什么。
考点
- 常考GPU 是擅长绘图计算的处理器，它的速度来自大量核的并行处理。
该术语的过去问 3 题 GPU →
「CPU（中央处理器）」与「GPU（图形处理器）」的区别
GPGPU（通用图形处理器） 指的是一种技术：把 GPU 同时完成大量计算的能力用于图像处理以外的 通用计算。
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像机器学习的训练和科学技术计算这样，要把同一形式的计算重复极多次的处理，分给 GPU 的大量核就能很快完成。这个名称是 General-Purpose computing on GPU（利用 GPU 的通用计算）的缩写。
类比就像让原本为一齐画壁画而召集的大施工队，转而分工统计大量文件。人多这一优势不变，只是把工作内容从画画扩展到了别处。
记法在 GPU 前面加上 GP（General-Purpose = 通用）的形式。前面的 2 个字母表示“图像以外也能用”。
考点
- 易混GPU 是硬件（芯片）本身的名称，而 GPGPU 是把 GPU 用于通用计算的技术（用法）的名称。
该术语的过去问 1 题 GPGPU →
时钟频率（クロック周波数）是处理器为统一动作节拍而使用的 时钟信号 每秒跳动的次数，单位是 Hz（赫兹）。
1 个时钟周期的长度是频率的倒数，1 条指令所需的时间用“指令所需时钟数 × 1 个时钟周期的长度”求出。例如在 4 GHz 下需要 8 个时钟的指令，每条耗时 2 纳秒，每秒可执行 5 亿次。性能不只取决于时钟频率，还受核数、高速缓存等其他因素影响。
类比就像赛艇比赛中统一桨手节奏的口令。口令间隔越短，同样的时间里划的次数就越多。
记法Clock 在英语里是时钟。可以联想到像时钟秒针一样以固定间隔跳动的信号。GHz 的 G（吉）表示 10 亿。
考点
- 常考1 条指令的执行时间用时钟数除以频率求出，每秒能执行的指令次数用频率除以时钟数求出。
- 常考时钟是统一指令执行时机的信号，1 GHz 即每秒跳动 10 亿次。结构相同的 CPU 之间，时钟频率（クロック周波数）越高处理越快。
- 常考同一种 CPU 的频率提得越高，发热就越多，需要散热措施。只在发热和功耗有余量时暂时提高频率的技术称为 睿频加速（ターボブースト）。
该术语的过去问 3 题 クロック周波数 →
要点
- CPU 从程序计数器指示的地址取出指令，反复进行译码和执行。
- 多核处理器让各个核同时推进不同的处理，把程序分成多个线程更容易发挥这一能力。
- GPGPU 是把图像处理用的 GPU 用于机器学习等通用计算的技术。
- 1 条指令的时间用时钟数除以频率求出。1 GHz 即每秒跳动 10 亿次。
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