Что такое CPU и GPU и какова связь между ними?

1. Процессор

CPU,Полное имя“Central Processing Unit”,Китайское имя“Процессор”。Это вычислительное и управляющее ядро ​​компьютерной системы.,это обработка информации、Конечная исполнительная единица, в которой запускается программа.。CPU С момента своего создания он добился большого прогресса в логической структуре, операционной эффективности и функциональном расширении. Ниже рассказывается о CPU Подробное введение:

1. Основные функции

К основным функциям ЦП относятся обработка инструкций, выполнение операций, управление временем, обработка данных и т. д. В частности, он извлекает инструкции из памяти или кэша, помещает их в регистр инструкций и декодирует инструкции. Он разбивает инструкции на серию микроопераций, а затем выдает различные команды управления для выполнения серии микроопераций для завершения выполнения инструкции. Инструкции — это основные команды для компьютера, которые определяют тип и операнды для выполнения операций. Инструкция состоит из одного или нескольких байтов, включая поле кода операции, одно или несколько полей, связанных с адресом операнда, а также некоторых слов состояния и кодов функций, которые представляют состояние машины. Некоторые инструкции также напрямую включают в себя сами операнды.

2. Принцип работы

ЦП взаимодействует с другими аппаратными компонентами, такими как память, жесткий диск и т. д., через шину. При работе он считывает инструкции из памяти, декодирует их и выполняет. Выполнение каждой инструкции может включать в себя такие операции, как передача данных, арифметические или логические операции.

3. Компоненты

ЦП в основном состоит из таких компонентов, как арифметические блоки, контроллеры, группы регистров и внутренние шины.

• оператор：арифметико-логический блок（ALU）,Это компонент, выполняющий арифметические и логические операции.,Выполнять инструкции под управлением контроллера.
• контроллер：Отвечает за выборку инструкций из памяти.,и расшифровать инструкции согласно требованиям инструкции;,В хронологическом порядке,Отвечает за отправку управляющих сигналов на другие компоненты.,Убедитесь, что все компоненты скоординированы и скоординированы.,Выполняйте различные операции шаг за шагом。Состоит из регистра команд、декодер、счетчик программ、Работа контроллера и других компонентов.
• набор регистров：Могут быть разделены на специальные регистры и общие регистры.。Роль специальных регистров закреплена,Назначение регистров общего назначения может указать программист. Чем больше набор регистраторов и тем больше бит информации хранится в реестре,может заставить машину работать быстрее,Чем богаче программное обеспечение.
• внутренняя шина：в соответствии сCPUвнутренние части Работапотребности,Установите структуру внутренней шины с определенной функцией.,Для того, чтобы передавать информацию на высокой скорости и точно.

4. Процесс разработки

С момента своего рождения ЦП прошел путь от первоначальных 4-битных и 8-битных процессоров до нынешних 64-битных и даже более битных процессоров. Благодаря постоянному развитию технологических процессов процессоры становятся все более интегрированными и производительными. В то же время архитектура и конструкция процессоров постоянно развиваются, чтобы адаптироваться к потребностям различных сценариев применения.

5. Показатели эффективности

К основным показателям оценки производительности процессора относятся основная частота, FSB, коэффициент умножения, кэш, количество ядер и т. д. Основная частота — это тактовая частота ЦП, которая определяет скорость выполнения ЦП; FSB — это скорость, с которой ЦП и материнская плата работают синхронно. Коэффициент умножения — это относительное соотношение между основной частотой ЦП и FSB; ; кэш используется для временного хранения данных, обрабатываемых ЦП, для повышения скорости доступа; количество ядер отражает способность ЦП обрабатывать задачи одновременно.

6. Типы архитектуры

На рынке существует несколько архитектур ЦП, таких как x86 (и его 64-битная версия x86-64), ARM и MIPS и т. д. Разные архитектуры имеют разные философии проектирования и области применения.

7. Тенденции развития

С развитием технологий процессоры развиваются в направлении более высокой производительности, более низкого энергопотребления и меньших размеров. Например, многоядерные процессоры, объединяющие больше ядер, чипы, использующие новые технологические процессы, и т. д.

8. Области применения

В качестве основного компонента компьютерных систем процессор широко используется в различных областях, включая персональные компьютеры, серверы, встроенные системы, мобильные устройства и т. д. С быстрым развитием таких технологий, как облачные вычисления, большие данные и искусственный интеллект, в этих областях все чаще используются процессоры.

Короче говоря, процессор является жизненно важным компонентом компьютерной системы, и его производительность напрямую влияет на общую производительность компьютера. Поскольку технологии продолжают развиваться, а требования приложений продолжают меняться, конструкция и производительность ЦП также постоянно улучшаются.

2. графический процессор

GPU,Полное имя“Graphics Processing Unit”,Китайское имя“графический процессор”,Также известно как ядро ​​дисплея, визуальный процессор, чип дисплея.,это специализированный компьютер、Работастоять、На игровых консолях и некоторых мобильных устройствах (например, планшетах, смартфонах и т.п.) — это микропроцессоры, выполняющие операции с изображениями. Это «сердце» видеокарты, определяющее ее качество и большую часть производительности. Это также основа разницы между 2D- и 3D-графиками.

Основная функция графического процессора — обработка графики и изображений, а также обработка инструкций и данных, предоставленных процессором, в текст или изображения, которые могут быть приняты монитором, а затем отображены, обеспечивая пользователю основу для продолжения работы. или завершите программу. Он берет на себя задачу вывода графики на дисплей. Для людей, которые любят играть в 3D-игры и смотреть фильмы высокой четкости, важность графического процессора очевидна.

Внутренняя структура графического процессора состоит из миллиардов транзисторов и может быть разделена на четыре основные части: блок вершинного затенения, блок пиксельного затенения, блок управления памятью и механизм отображения. Блок затенения вершин в основном отвечает за обработку геометрической информации графических вершин, такой как положение, координаты освещения и текстуры и т. д. Блок затенения пикселей отвечает за обработку информации каждого пикселя в графике и определение окончательного цвета; каждого пикселя; блок управления памятью отвечает за распределение и управление видеопамятью, а механизм отображения отвечает за вывод обработанного изображения и видеоинформации на дисплей;

По сравнению с традиционными процессорами графические процессоры имеют другую архитектуру, что делает их более подходящими для параллельных вычислений. Графический процессор может обрабатывать несколько задач одновременно, а не только одну задачу, как ЦП. Это делает графический процессор более эффективным при обработке больших наборов данных и выполнении сложных вычислений. Таким образом, графический процессор не только широко используется в области графики и игр, но также играет важную роль в глубоком обучении, научных вычислениях и других областях.

Изначально графические процессоры были разработаны для ускорения создания изображений для вывода на монитор. Он может быстро выполнять вычислительные задачи, связанные с графикой, такие как рендеринг изображений, создание графических эффектов и обработка видеоданных. Вот некоторые подробности о графических процессорах:

• Происхождение и развитие：GPUКонцепцияNVIDIAКомпания занимается изданиемGeForce 256 чип графической обработки. С развитием технологий графический процессор не ограничивается только обработкой 3D-графики, он также начал применяться в других сценариях, требующих крупномасштабных параллельных вычислений, таких как научные вычисления, глубокое обучение и другие области.
• Основной состав：Графический чип — это основной процессор видеокарты.,Это графический процессор. Это компонент, специально разработанный для обработки изображений и графических вычислений. Современные графические процессоры обладают мощными возможностями параллельной обработки.,Может обрабатывать большое количество пикселей и вершин одновременно.,Это делает их особенно эффективными при работе с 3D-графикой.
• Классификация типов：GPUМожно разделить на основную видеокарту и независимую видеокарту.。Основная видеокарта сCPUупакованы вместе,Обычно небольшой размер и низкое энергопотребление,Но производительность относительно низкая. Дискретная видеокарта — это отдельный аппаратный компонент.,обеспечить более высокийпроизводительность,Подходит для приложений с высокими требованиями, таких как игры и профессиональная графика.
• Расширение функции：Поскольку потребности в компьютерных технологиях диверсифицируются,Возможности графических процессоров также постоянно расширяются. В дополнение к традиционному графическому рендерингу,Графические процессоры теперь также широко используются для вычислительных задач в неграфических областях.,Такие как машинное обучение, обучение искусственному интеллекту, вычисления высокого уровня и т. д. в этих областях,Возможности параллельных вычислений графического процессора могут значительно ускорить вычислительный процесс.
• Сценарии применения：GPUИграйте роль в различных сценариях,В том числе персональные компьютеры, веб-сайты «Работа», игровые консоли и мобильные устройства и т. д. среди этих устройств,GPUОтвечает за рендеринг изображений、редактирование видео、Запускайте сложные графические программы, игры и т. д.

Кроме того, с развитием технологий производительность графического процессора также постоянно улучшается. Современные графические процессоры уже имеют более высокие частоты ядра, больший объем видеопамяти и более совершенную архитектуру, что позволяет им решать более сложные графические и вычислительные задачи. В то же время были эффективно решены проблемы энергопотребления и тепловыделения графического процессора, что позволило ему работать более стабильно.

В целом, графический процессор представляет собой мощный процессор, возможности которого при обработке графики нельзя недооценивать, а также он показывает свою ценность в других ресурсоемких задачах. Ожидается, что с развитием технологий сфера применения графических процессоров будет и дальше расширяться.

Короче говоря, графический процессор — это мощный процессор, и его возможности обработки графики нельзя недооценивать. В то же время графический процессор также является ключевым компонентом, отвечающим за обработку графики и изображений в компьютерных системах. Его мощные возможности параллельных вычислений делают его широко используемым во многих областях. Благодаря постоянному развитию технологий производительность и области применения графических процессоров будут продолжать расширяться.

3. Взаимосвязь между процессором и графическим процессором

Процессор и графический процессор имеют собственное разделение труда в компьютерной системе, но они взаимодействуют друг с другом.

ЦП — это основной процессор компьютера, отвечающий за выполнение программ, обработку данных и выполнение логических операций. Графический процессор ориентирован на обработку графики, особенно играя важную роль в ускорении 3D-графики. В некоторых сложных задачах обработки графики графический процессор может даже разделить часть работы с центральным процессором, снижая нагрузку на центральный процессор и повышая общую эффективность обработки.

С развитием технологий графические процессоры все чаще используются в таких областях, как искусственный интеллект и глубокое обучение. Эти области требуют большого количества вычислений данных и обучения моделей, а возможности параллельной обработки графических процессоров позволяют им хорошо справляться с этими задачами. Таким образом, связь между CPU и GPU в современных компьютерных системах становится все более тесной, и они совместно способствуют развитию компьютерных технологий и расширению областей применения.

Короче говоря, процессор и графический процессор — два ключевых компонента компьютерной системы. Каждый из них выполняет разные задачи, но взаимодействует друг с другом для реализации различных функций и приложений компьютера.