【笔记11】个人扫盲：内存与CPU中的核、线程、物理CPU、逻辑CPU

CPU与内存

CPU

CPU（Central Processing Unit）即中央处理器。CPU从内存（Memory）或缓存（Cache）中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成系统指令的执行。

CPU里包含计算单元（绿色）、存储单元（橙红色）和控制单元（橙黄色）。一些常见词：动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）、寄存器（Registers）、线程（Threads）。

插句题外话，GPU省去Cache，简化了控制单元，增加了计算单元，采用了超长流水线，这就可以高效处理类型类型高度统一又相互无依赖的大规模数据。

图来自：CPU 和 GPU 的区别是什么？ - 知乎用户的回答 - 知乎

内存

CPU不能直接调用存储在外存（硬盘）上的系统、程序和数据，必须先将硬盘的有关内容存储在内存中，才能读取运行。内存是CPU能直接寻址的存储空间，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE），其中RAM是最重要的存储器。

内存条是将RAM集成块集中在一起的电路板，上面焊有内存颗粒（Chip）。一开始内存颗粒直接插在主板上，当时叫DIP（Dual In-line Package）；后来将内存颗粒焊在电路板上，叫做SIMM（Single-Inline Memory Module）；再后来，位宽从SIMM的32bit变成64bit，就叫做DIMM（Double-Inline Memory Module），常听的电脑是64位就表示这个。

图来自：内存系列二：深入理解硬件原理 - 老狼的文章 - 知乎

1条内存条实体（DIMM），有2个面（Rank）分别为Rank0和Rank1，有些内存条每个面都会有黑色的内存颗粒（Chip）。
以一面为例，1个Rank包含8个Chip，每个Chip里会有8个bank，每个bank就是数据存储的实体。这些bank就相当于一个二维矩阵，只要声明了column和row就可以从每个bank中取出8bit的数据。

参考：内存条物理结构分析

从概念的层次结构上面分为：Channel > DIMM > Rank > Chip > Bank > Row/Column

什么是通道

双通道是一种主板芯片组(Athlon 64集成于CPU中）所采用新技术，与内存本身无关。

图来自：Motherboard Chipsets and the Memory Map

CPU仅仅通过一组针脚与外界交互，它并不关心外界到底有什么。前端总线把CPU和北桥连接起来，CPU需要读写内存时，就会通过这条总线。

北桥芯片里会设计两个内存控制器，这两个控制器可以相互独立工作，每个控制器控制一个内存通道。在这两个内存上，CPU可以分别寻址、读取数据，可以实现内存带宽翻倍，速度理论上可以翻倍（由主板、CPU、内存条支持的频率共同决定）。

通道多了就可以同时访问更多的内存，在物理内存分配的时候把内存打散分别在多根DIMM上，就可以利用多通道（Channel Interleaving）。

图来自：双通道、四通道内存对游戏重要吗？ - 老狼的文章 - 知乎

常见问题

图来自：请问CPU，内核，寄存器，缓存，RAM，ROM的作用和他们之间的联系？ - 知乎用户的回答 - 知乎

以上是CPU和Memory的物理分析，常常弄混的是内存控制器、缓存和内存条。

• 内存（内存储器）真名叫主存储器，我们常见的U盘、硬盘、光盘，以前的软盘叫做辅助存储器（外存储器）。内存包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。
• 我们常说的内存指内存条（DIMM）->RAM。
• 内存条（下称内存）其实是RAM集成块集中在一起的电路板，通过插槽实现外部扩展，目的是减少RAM集成块的空间，另外CACHE集成在CPU上，ROM通常固化在主板的某些基础功能芯片上，为双列直插式（DIP）的集成块。
• 缓存即高速缓冲存储器（Cache），是位于CPU和内存之间的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进Cache中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从Cache读取数据，而不是访问较慢的内存。一般先读取Cache里的数据，没有再去内存中。
• 内存控制器集成在CPU上，控制通道读写内存。

物理CPU和逻辑CPU

以下斜体字为本人区分方法，未查证。

• 物理CPU：独立的中央处理单元，主板槽位上实际有的CPU数量，physical id。
  • 核数（物理核数）：核的数量，每个CPU都可能有多个核（core），每一个核中都有独立的一套ALU、FPU、Cache等组件，也被称作物理核，cpu cores。
    • 线程（分为物理线程和逻辑线程）：可以让一个物理核模拟出多个逻辑核，Intel有超线程技术，AMD没有线程数概念，processor。
    • 逻辑CPU数（逻辑核数）：同上，模拟核心数，一般一个核心对应一个线程，使用超线程技术可以达到CPU翻倍。

总核数 = 物理CPU个数 * 每颗物理CPU的核数
总逻辑CPU数 = 物理CPU个数 * 每颗物理CPU的核数 X 超线程数

参考：线程数与多核CPU的关系

常见问题

假设CPU数目为$N_{cpu}$，核数为$N_{core}$，线程数为$t$。

	针对多线程	CPU	核数	线程
物理	×	实际有的CPU $N_{cpu}$	单个CPU的核数 $N_{core}$	一个物理核对应一个线程 1
逻辑	√	= 逻辑核 $t$	单个物理核模拟的逻辑核数 $t * N_{core}$	一个逻辑核分别对应一个线程 $t$
总物理	×	= CPU $N_{cpu}$	= CPU * 物理核数 $N_{cpu} * N_{core}$	= 总物理核数 $N_{cpu} * N_{core}$
总逻辑	√	= 总逻辑核数 $N_{cpu} * t * N_{core}$	= CPU * 逻辑核数 $N_{cpu} * t * N_{core}$	= 总逻辑核数 = 总物理核数 * 线程数 $N_{cpu} * t * N_{core}$

从概念的层次结构上面分为：CPU > 核数 > 线程
逻辑CPU数在超线程技术的情况下才有意义，换句话讲，逻辑CPU数就相当总线程数 = 物理核数 * 超线程数。

理论上来说，对于计算密集型的任务，线程数应该和CPU所能提供的并行数一致，物理核数 < 并行数 < 总线程数。
对于计算密集型的任务，一般建议将线程数设置为物理核数。

LINUX查看

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

查看每个物理CPU中core的个数(即核数)
cat /proc/cpuinfo| grep “cpu cores”| uniq
grep ‘core id’ /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l

查看逻辑CPU的个数
cat /proc/cpuinfo| grep “processor”| wc -l
grep ‘processor’ /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l

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

查看内 存信息
cat /proc/meminfo

WINDOW查看

将C:\Windows\System32\wbem加入系统环境变量
wmic cpu get *
cpu get Name\ NumberOfCores 核数\ NumberOfLogicalProcessors 物理线程\ ThreadCount 线程数