一文了解40个CPU（中央处理单元）：全面解析市场主流CPU型号及性能对比

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40个

　　CPU（中央处理单元）是计算中最核心的部件，也是整个计算机系统中最宝贵的资源。为了更好的利用CPU资源，计算机系统采用了多种方法。

　　CPU执行一次指令需要经历：取指、译码、执行、访问内存、回写这五个阶段。分别对应着从内存获取下一条指令；解析指令获得操作码和操作数；执行指令；从内存读取数据；结果写回内存。这些步骤都是由专门的硬件单元负责，所以同一时间每个硬件可以并行处理不同阶段的多条命令。这样多条指令处理的时间从N倍的单条指令处理时间，缩减为单条指令时间加上(N-1)倍的流水线周期。

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流水线示意图

　　为了适配CPU流水线的特性，代码也需要进行相应的处理。一个典型的示例代码：

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优化流水线代码示意图

　　流水线处理方式只能加速单个程序执行的速度，缩短执行时间。但是主存和硬盘的运行速度比CPU慢几倍甚至几十倍，优化CPU的时间就显得杯水车薪。此时需要一个专门的设备解决CPU和存储之间的性能差距。DMA（直接内存访问）允许外设（硬盘、网络适配器等）直接与系统内存进行数据交换，无需CPU进行干预。CPU把相关的传输操作委托给DMA处理，外设数据不必先缓冲到CPU再写入内存，因此CPU有更多时间执行其它指令。

　　前面两种方法都是在优化执行单个程序的性能。当多个程序“同时”运行时，CPU串行处理每个程序，后面的程序必须等待前一个程序运行完成。是否可以让程序“同时”运行呢？我们仍然可以利用CPU和存储设备的性能差进行性能上的优化。将CPU的运行时间切分成多个时间片，每个运行中的进程轮流分到一个时间片运行程序。此时多个程序都处于运行、暂停再运行的循环中，由于两种状态的切换非常快，所以感觉上多个程序在同时运行。多个程序并没有同时运行，所以此时的运行状态叫做并发，而不是真正意义的并行执行。

　　俗话说的好一个好汉三个帮，为了让计算机系统可以并行处理多个程序，那么需要在一块计算机主板上安装多块CPU。随着芯片水平的发展，2006年Intel推出了多核CPU。即一个CPU中包含多个处理核心，每个处理核心都可以独立的运行一个程序，让程序并行运行。

　　计算机性能的提升需要从多方面入手，从软件方面进行代码优化。从硬件系统和软件系统方面统一调度资源，从CPU硬件方面升级到多核CPU内核。只有不断的优化才能满足日益增长的计算需求。