CPU的基本认识

为大家介绍CPU的基本概念，例如：CPU的型号认识、什么是时钟周期、物理核和逻辑核、缓存、TLB缓存的概念，可以帮助大家对cpu有个概念性的认识，选择电脑的时候可以看懂CPU的参数和理解基本原理。

个人CPU型号介绍

1、第一个是英特尔公司的处理器

2、英特尔公司有多个子品牌，上面代表的酷睿是其中一种，还有例如：凌动、赛扬、奔腾、至强等

3、i7代表CPU的档次，从低端到高端依次有：i3、i5、i7、i9，几个等级的芯片

4、后面的代际编号有可能是一位或者两位，越大代表越新，CPU性能越好。

5、SKU是库存编号，一般也是越大越好

6、K代表产品线后缀，笔记本电脑中，H代表高性能、U代表较低功耗、Y代表极低功耗。台式机中X代表最高性能、K代表高性能、T代表功耗优化。

工作频率和时钟周期

再CPU系统中为了保证所有硬件单元能够协同工作，CPU工程师设计了时钟信号和系统同步。

时钟周期：也叫震荡周期，CPU执行一条指令的基本动作所需要的时间称为一个时钟周期，CPU执行一条指令时间越快，性能越好，时钟周期基本单位是HZ，CPU工作频率就是1秒中有多少个震荡周期，现在的CPU基本是GHZ级别，如下图CPU主频可以到2.6GHZ，也就是一秒26亿的时钟周期，最高睿频代表最高能到3200MHZ，也就是3.125GHZ。

物理核和逻辑核

物理CPU：主机上真正安装的CPU个数

物理核：一个CPU里面可能会有多个物理核

逻辑核：物理核是真实存在的硬件，逻辑核是物理核虚拟出来的核数，一般一个物理核可以通过超线程技术虚拟出来多个逻辑核，如下图，就是一个CPU有6个物理核，有12个逻辑核

​ 逻辑核的基本原理就是CPU在处理一个任务的时候需要有等待数据、指令的空闲时间，这个时候就可以做别的工作。超线程技术可以手动关闭，这个超线程技术的开启和关闭差距没有想象的那么大，大约20％~30％左右。可以使用cat /proc/cpuinfo这条指令查看cpu的详细信息。

L1/L2/L3级缓存

​ 最开始的时候CPU和内存的运行速度的差异没有现在这么大，CPU访问数据直接访问内存就可以了，但是随着技术的发展，CPU和内存的速度差距越来越大，所以就出现了一个比内存空间小，但是访问速度可以跟CPU匹配的缓存，现在的缓存一般分为三级，L1、L2、L3，L1最快但是容量最小，L3最慢但是容量最大。

​ L1一般有多个，并且分为两种，缓存数据(cache data)和缓存代码(cache code)，因为更新策略不同，一般一个物理核有一个dataL1和codeL1，L2一般也是一个物理核一个，但是L3就是所有核用一个了。

​ 一般CPU直接从L1获取数据，L1从L2获取数据，L2和L3也一样，当前级别缓存向下一级获取数据的时候并不是只获取一个bit或者byte，而是获取cache Line，cacheLine的大小一般是64字节。

TLB缓存

​ 我们写程序的时候，可以对一个变量进行取地址操作，那取出来的这个地址是内存的真正物理地址吗？并不是。而是通过页表映射出来的虚拟地址，如果不了解什么是进程地址空间可以先看看这篇文章，

​ CPU获取程序的数据或者代码的时候，也是通过这虚拟地址访问的，虚拟地址和物理地址是通过页表转换的，CPU访问内存需要拿着虚拟地址让页表映射到物理地址，然后访问数据。

​ 但是这时候有个问题，内存很大的话，用一级页表是不够的，除非把页设置的非常大，但是也不现实，所以需要用到多级页表，就跟看书需要通过目录找到特定的页，多级页表可以理解为多级目录，但是访问多级目录效率非常低下，访问一次内存需要进行多次IO，可以把单个页的size变大，但是所能管理的地址也就非常有限。

​ 所以这时候就可以把页表中的数据进行缓存起来，这时候就有了TLB（Translation Lookaside Buffer），CPU可以直接访问TLB获取映射的信息，访问TLB是非常快的，甚至比L1缓存还快。