Intel发飙!Core i9首度曝光:规格逆天

Intel终于用上Core i9了。

最新消息显示,Intel有望6月初台北电脑展期间展示,6月12日E3游戏展期间正式发布新一代发烧级Basin Falls平台——LGA2066接口的Kbay Lake-X、Skylake-X处理器以及X299芯片组。 继续阅读Intel发飙!Core i9首度曝光:规格逆天

「老B讲堂」处理器的起源及工作原理

大家好,欢迎来到【老B讲堂】。这个栏目并不是那种教学类的栏目,其创立初衷很简单,老B只是单纯的想写点什么,把自己对于DIY、对于硬件、对于计算机及数码设备的知识和理解给写出来,分享给大家,希望这些东西能够给后来的硬件玩家们提供一部分理论基础,让他们能够在这条道路上玩的更深入。

熟悉老B的小伙伴都知道,老B是个老DIY玩家,从2004年因为兴趣所致开始接触计算机硬件,2008年前后曾经做过一段时间的计算机良心销售(老B当年做销售真的很良心的,从来没有坑过一个客户),到了11年正式加入计算机媒体,最后在去年年底的时候被考拉拐走加入了iVankr,13年间一直与这个行业保持着相当密切的联系,期间也见证了中国计算机和国产手机行业的兴衰变迁,也不枉在这个“兴趣”上花费这么多精力。

作为本栏目的第一篇文章,老B选择了电子设备的大脑:处理器作为探寻的目标,不过由于处理器经过多年的演变、发展、进化,变得十分复杂,因此老B决定将处理器部分拆分成多期文章,而其中的第一期,自然是关于处理器的起源及内部工作原理。

众所周知,现代电子计算机的出现,离不开两个人物,一个叫做Alan Mathison Turing(图灵),另一个叫做John von Neumann(冯·诺依曼)。

图灵在其24岁发表的论文《论数字计算在决断难题中的应用》中,提出了对后世影响深远的“图灵机”设想,这一设想第一次在纯数学的逻辑世界和我们的现实世界中建立了桥梁,现如今我们所使用的电子计算机、便携式数码设备等电子产品,都基于该设想,是如今所有计算机设备的理论基石。

如果说图灵的设想为现如今所有计算机设备提供了最初始的灵魂来源,那么冯·诺依曼教授则是将图灵的设想进一步简化、细化、明确化。冯·诺依曼教授提出的EDVAC:存储程序通用电子计算机方案中,介绍了通用电子计算机方案的设想:EDVAC方案中,冯·诺依曼博士将通用电子计算机硬件划分成五个部分:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备;计算机运算基础为二进制;设计存储程序,让计算机根据存储的程序自动完成各种工作。

正是基于图灵的数学模型和冯·诺依曼教授提出的EDVAC方案,后人们逐步设计出了现如今我们常用的通用型电子计算机。

说完了计算机的起源,我们再回过头来看计算机的大脑:处理器。我们都知道处理器的根本任务就是处理及执行指令,无论用户是用何种语言输入的何种操作,在计算机“看”来最终都是一串“0”和“1”所组成的有序数列。

从逻辑上划分,CPU可以分成三个模块:控制单元、运算单元和储存单元,而这三个部分在CPU内部由内部总线连接起来。

控制单元:控制单元是整个CPU的指挥控制中心,由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等,对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序,依次从存储器中取出各条指令,放在指令寄存器IR中,通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作,然后通过操作控制器OC,按确定的时序,向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。

运算单元:是运算器的核心。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。相对控制单元而言,运算器接受控制单元的命令而进行动作,即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。

存储单元:包括CPU片内缓存和寄存器组,是CPU中暂时存放数据的地方,里面保存着那些等待处理的数据,或已经处理过的数据,CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器,可以减少CPU访问内存的次数,从而提高了CPU的工作速度。但因为受到芯片面积和集成度所限,寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的,分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途,通用寄存器的数目因微处理器而异。这个是我们以后要介绍这个重点,这里先提一下。

我们将上图细化一下,可以得出CPU的工作原理概括如下:

简单地说,CPU的运行原理就是:控制单元在时序脉冲的作用下,将指令计数器里所指向的指令地址(这个地址是在内存里的)送到地址总线上去,然后CPU将这个地址里的指令读到指令寄存器进行译码。对于执行指令过程中所需要用到的数据,会将数据地址也送到地址总线,然后CPU把数据读到CPU的内部存储单元(就是内部寄存器)暂存起来,最后命令运算单元对数据进行处理加工。周而复始,直到断掉电力供应⋯⋯

如果说你觉得看不懂或者看的云里雾里的,那是正常情况,老B当年为了兴趣爱好看了好久的相关书籍才搞懂这些工作原理,小伙伴们如果已经理解那是最好的,如果没有完全理解的话,老B希望对这方面感兴趣的小伙伴也能多去查阅相关书籍。

讲堂冷知识:世界上第一颗微处理器4004是由intel的工程师特德·霍夫在1971年11月15日发明的,它开启了处理器高度集成化的大门,后续的所有微处理器(也就是我们电脑中的CPU)都属于其的升级魔改版。