CPU概念及運(yùn)作原理

信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)，即信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，旨在實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)領(lǐng)域的自主可控，保障國(guó)家信息安全。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)主要由基礎(chǔ)硬件、基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件、信息安全4部分構(gòu)成，其中芯片、整機(jī)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件是最重要的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。

CPU概念及運(yùn)作原理

中央處理器（Central Processing Unit），是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。主要包括運(yùn)算器、控制器和寄存器等模塊。運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行運(yùn)算和測(cè)試，控制器負(fù)責(zé)提取指令、進(jìn)行譯碼、控制數(shù)據(jù)流動(dòng)方向，寄存器位于CPU內(nèi)部和內(nèi)存類似，能夠在處理指令時(shí)暫時(shí)存儲(chǔ)個(gè)數(shù)字能使運(yùn)算變得更快。 CPU的運(yùn)作原理可分為“取”、“譯”、“執(zhí)行”∶CPU從內(nèi)存中提取指令，由解碼器譯碼，將指令轉(zhuǎn)化為控制CPU其他部分的信號(hào)，最后由運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算和測(cè)試。

CPU指令集概念及分類

CPU指令集（Instruction Set）是CPU中計(jì)算和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有指令的集合。計(jì)算機(jī)的程序最終需要轉(zhuǎn)化為“指令”才能在CPU上運(yùn)行。 CPU按照指令集可分為CISC（復(fù)雜指令集）和RISC（精簡(jiǎn)指令集）兩大類，CISC型CPU目前主要是x86架構(gòu)，RISC型CPU主要包括ARM、RISC-V、MIPS、POWER、Alpha架構(gòu)等。

CPU指令集架構(gòu)生態(tài)

在生態(tài)方面，基于x86和ARM架構(gòu)的CPU與下游軟硬件的兼容性較好，適配產(chǎn)品較為豐富，對(duì)用戶使用較為友好。 基于MIPS和Alpha架構(gòu)的CPU在高性能計(jì)算、嵌入式工控機(jī)等特定領(lǐng)域應(yīng)用較好，市場(chǎng)化仍有待進(jìn)一步的發(fā)展。

GPU基本概念

GPU基本概念∶圖形處理器（graphics processing unit，縮寫(xiě)GPU），又稱顯示核心、視覺(jué)處理器、顯示芯片，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）上做圖像和圖形相關(guān)運(yùn)算工作的微處理器。 GPU是顯卡的處理器∶顯卡全稱顯示適配卡，又稱顯示適配器，用于協(xié)助CPU進(jìn)行圖像處理，作用是將CPU送來(lái)的圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)處理再輸送到顯示器上，由主板連接設(shè)備、監(jiān)視器連接設(shè)備、處理器和內(nèi)存組成，GPU即是顯卡處理器。

GPU工作原理與結(jié)構(gòu)

GPU工作原理∶GPU的工作通俗來(lái)說(shuō)就是完成3D圖形的生成，將圖形映射到相應(yīng)的像素點(diǎn)上，對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行計(jì)算確定最終顏色并完成輸出，一般分為頂點(diǎn)處理、光柵化計(jì)算、紋理貼圖、像素處理、輸出五個(gè)步驟。GPU 采用流式并行計(jì)算模式，可對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)行獨(dú)立的并行計(jì)算。 GPU與CPU區(qū)別∶CPU基于低延時(shí)設(shè)計(jì)，由運(yùn)算器（ALU）和控制器（CU），以及若干個(gè)寄存器和高速緩沖存儲(chǔ)器組成，功能模塊較多，擅長(zhǎng)邏輯控制，串行運(yùn)算。GPU基于大吞吐量設(shè)計(jì)，擁有更多的ALU用于數(shù)據(jù)處理，適合對(duì)密集數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，擅長(zhǎng)大規(guī)模并發(fā)計(jì)算，因此GPU也被應(yīng)用于Al訓(xùn)練等需要大規(guī)模并發(fā)計(jì)算場(chǎng)景。

GPU分類：GPU可分為獨(dú)立GPU和集成GPU

獨(dú)立GPU獨(dú)立GPU一般封裝在獨(dú)立的顯卡電路板上，使用專用的顯示存儲(chǔ)器，獨(dú)立顯卡性能由GPU性能與顯存帶寬共同決定。一般來(lái)講，獨(dú)立GPU的性能更高，但因此系統(tǒng)功耗、發(fā)熱量較大。 集成GPU集成GPU常和CPU共用一個(gè)Die，共享系統(tǒng)內(nèi)存。集成GPU的制作由CPU廠家完成，因此兼容性較強(qiáng)，并且功耗低、發(fā)熱量小。但如果顯卡運(yùn)行需要占用大量?jī)?nèi)存，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)受限，此外系統(tǒng)內(nèi)存的頻率通常比獨(dú)立顯卡的顯存低很多，因此一般集成GPU的性能比獨(dú)立GPU更低。

存儲(chǔ)存儲(chǔ)概念及分類

計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，主要是指各種存儲(chǔ)器（Memory）和企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)（Storage），企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品中使用了各種存儲(chǔ)器技術(shù)。 按照存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，將存儲(chǔ)器分為光學(xué)存儲(chǔ)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)和磁性存儲(chǔ)三大類。半導(dǎo)體存儲(chǔ)又劃分為RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）和ROM（只讀存儲(chǔ)器）。 RAM是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，也就是主存，斷電數(shù)據(jù)會(huì)丟失，ROM掉電數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 其中DRAM和Flash（包括NOR Flash和NAND Flash）為當(dāng)前主流存儲(chǔ)器，占據(jù)了全球主要的存儲(chǔ)器市場(chǎng)。2020年，DRAM占全球存儲(chǔ)器市場(chǎng)的比例超一半，高達(dá)53%，是存儲(chǔ)器分支中市場(chǎng)規(guī)模最大的產(chǎn)品。

基礎(chǔ)硬件：整機(jī)

信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)，旨在實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)領(lǐng)域的自主可控，保障國(guó)家信息安全。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)主要由基礎(chǔ)硬件、基礎(chǔ)軟件、應(yīng)用軟件、信息安全4部分構(gòu)成，其中芯片、整機(jī)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件是最重要的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)

審核編輯 ：李倩