【筆記11】個人掃盲：內存與CPU中的核、線程、物理CPU、邏輯CPU

CPU與內存

CPU

CPU（Central Processing Unit）即中央處理器。CPU從內存（Memory）或緩存（Cache）中取出指令，放入指令寄存器，並對指令譯碼分解成一系列的微操作，然後發出各種控制命令，執行微操作系列，從而完成系統指令的執行。

CPU裏包含計算單元（綠色）、存儲單元（橙紅色）和控制單元（橙黃色）。一些常見詞：動態隨機存取存儲器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）、寄存器（Registers）、線程（Threads）。

插句題外話，GPU省去Cache，簡化了控制單元，增加了計算單元，採用了超長流水線，這就可以高效處理類型類型高度統一又相互無依賴的大規模數據。

圖來自：CPU 和 GPU 的區別是什麼？ - 知乎用戶的回答 - 知乎

內存

CPU不能直接調用存儲在外存（硬盤）上的系統、程序和數據，必須先將硬盤的有關內容存儲在內存中，才能讀取運行。內存是CPU能直接尋址的存儲空間，包括隨機存儲器（RAM），只讀存儲器（ROM），以及高速緩存（CACHE），其中RAM是最重要的存儲器。

內存條是將RAM集成塊集中在一起的電路板，上面焊有內存顆粒（Chip）。一開始內存顆粒直接插在主板上，當時叫DIP（Dual In-line Package）；後來將內存顆粒焊在電路板上，叫做SIMM（Single-Inline Memory Module）；再後來，位寬從SIMM的32bit變成64bit，就叫做DIMM（Double-Inline Memory Module），常聽的電腦是64位就表示這個。

圖來自：內存系列二：深入理解硬件原理 - 老狼的文章 - 知乎

1條內存條實體（DIMM），有2個面（Rank）分別爲Rank0和Rank1，有些內存條每個面都會有黑色的內存顆粒（Chip）。
以一面爲例，1個Rank包含8個Chip，每個Chip裏會有8個bank，每個bank就是數據存儲的實體。這些bank就相當於一個二維矩陣，只要聲明瞭column和row就可以從每個bank中取出8bit的數據。

參考：內存條物理結構分析

從概念的層次結構上面分爲：Channel > DIMM > Rank > Chip > Bank > Row/Column

什麼是通道

雙通道是一種主板芯片組(Athlon 64集成於CPU中）所採用新技術，與內存本身無關。

圖來自：Motherboard Chipsets and the Memory Map

CPU僅僅通過一組針腳與外界交互，它並不關心外界到底有什麼。前端總線把CPU和北橋連接起來，CPU需要讀寫內存時，就會通過這條總線。

北橋芯片裏會設計兩個內存控制器，這兩個控制器可以相互獨立工作，每個控制器控制一個內存通道。在這兩個內存上，CPU可以分別尋址、讀取數據，可以實現內存帶寬翻倍，速度理論上可以翻倍（由主板、CPU、內存條支持的頻率共同決定）。

通道多了就可以同時訪問更多的內存，在物理內存分配的時候把內存打散分別在多根DIMM上，就可以利用多通道（Channel Interleaving）。

圖來自：雙通道、四通道內存對遊戲重要嗎？ - 老狼的文章 - 知乎

常見問題

圖來自：請問CPU，內核，寄存器，緩存，RAM，ROM的作用和他們之間的聯繫？ - 知乎用戶的回答 - 知乎

以上是CPU和Memory的物理分析，常常弄混的是內存控制器、緩存和內存條。

• 內存（內存儲器）真名叫主存儲器，我們常見的U盤、硬盤、光盤，以前的軟盤叫做輔助存儲器（外存儲器）。內存包括隨機存儲器（RAM），只讀存儲器（ROM），以及高速緩存（CACHE）。
• 我們常說的內存指內存條（DIMM）->RAM。
• 內存條（下稱內存）其實是RAM集成塊集中在一起的電路板，通過插槽實現外部擴展，目的是減少RAM集成塊的空間，另外CACHE集成在CPU上，ROM通常固化在主板的某些基礎功能芯片上，爲雙列直插式（DIP）的集成塊。
• 緩存即高速緩衝存儲器（Cache），是位於CPU和內存之間的存儲器。當CPU向內存中寫入或讀出數據時，這個數據也被存儲進Cache中。當CPU再次需要這些數據時，CPU就從Cache讀取數據，而不是訪問較慢的內存。一般先讀取Cache裏的數據，沒有再去內存中。
• 內存控制器集成在CPU上，控制通道讀寫內存。

物理CPU和邏輯CPU

以下斜體字爲本人區分方法，未查證。

• 物理CPU：獨立的中央處理單元，主板槽位上實際有的CPU數量，physical id。
  • 核數（物理核數）：核的數量，每個CPU都可能有多個核（core），每一個核中都有獨立的一套ALU、FPU、Cache等組件，也被稱作物理核，cpu cores。
    • 線程（分爲物理線程和邏輯線程）：可以讓一個物理核模擬出多個邏輯核，Intel有超線程技術，AMD沒有線程數概念，processor。
    • 邏輯CPU數（邏輯核數）：同上，模擬核心數，一般一個核心對應一個線程，使用超線程技術可以達到CPU翻倍。

總核數 = 物理CPU個數 * 每顆物理CPU的核數
總邏輯CPU數 = 物理CPU個數 * 每顆物理CPU的核數 X 超線程數

參考：線程數與多核CPU的關係

常見問題

假設CPU數目爲$N_{cpu}$，核數爲$N_{core}$，線程數爲$t$。

	針對多線程	CPU	核數	線程
物理	×	實際有的CPU $N_{cpu}$	單個CPU的核數 $N_{core}$	一個物理覈對應一個線程 1
邏輯	√	= 邏輯核 $t$	單個物理核模擬的邏輯核數 $t * N_{core}$	一個邏輯核分別對應一個線程 $t$
總物理	×	= CPU $N_{cpu}$	= CPU * 物理核數 $N_{cpu} * N_{core}$	= 總物理核數 $N_{cpu} * N_{core}$
總邏輯	√	= 總邏輯核數 $N_{cpu} * t * N_{core}$	= CPU * 邏輯核數 $N_{cpu} * t * N_{core}$	= 總邏輯核數 = 總物理核數 * 線程數 $N_{cpu} * t * N_{core}$

從概念的層次結構上面分爲：CPU > 核數 > 線程
邏輯CPU數在超線程技術的情況下才有意義，換句話講，邏輯CPU數就相當總線程數 = 物理核數 * 超線程數。

理論上來說，對於計算密集型的任務，線程數應該和CPU所能提供的並行數一致，物理核數 < 並行數 < 總線程數。
對於計算密集型的任務，一般建議將線程數設置爲物理核數。

LINUX查看

查看物理CPU個數
cat /proc/cpuinfo| grep “physical id”| sort| uniq| wc -l
grep ‘physical id’ /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l

查看每個物理CPU中core的個數(即核數)
cat /proc/cpuinfo| grep “cpu cores”| uniq
grep ‘core id’ /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l

查看邏輯CPU的個數
cat /proc/cpuinfo| grep “processor”| wc -l
grep ‘processor’ /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l

查看CPU信息（型號）
cat /proc/cpuinfo | grep name | cut -f2 -d: | uniq -c

查看內 存信息
cat /proc/meminfo

WINDOW查看

將C:\Windows\System32\wbem加入系統環境變量
wmic cpu get *
cpu get Name\ NumberOfCores 核數\ NumberOfLogicalProcessors 物理線程\ ThreadCount 線程數