如何理解CPU的主频、核心、线程、缓存、架构？

喷火的尾巴

Aug 18, 2019

CPU在计算机中的核心作用是“运算能力”。考究运算能力的强弱，是多维评价的，不仅仅在于单核的运算速度，也会考虑CPU的并行运算能力、能耗等等。如下所示，用通俗的语言，一个个地来介绍各个指标，并以哪吒的三头六臂为比喻：

1. 主频

主频是CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed），简而言之，主频越高，CPU内核的运算速度就越快。主频常用的单位有MHz（兆赫）、GHz（吉赫），1GHz=1000MHz，以前用MHz居多，不过目前这个时代一般都用GHz来进行评价的。比如AMD Ryzen 9 3900X的主频就是4.6GHz。

如果要做一个比喻的话，就以哪吒吃东西来作为比喻：头越大的哪吒，吃东西就越快；姑且可以将哪吒头的大小理解成主频的大小。头小的哪吒，吃东西没有头大的哪吒快。（其实最佳的比喻是哪吒咀嚼的速度来比喻更好，但是头的大小好展示一些，那就姑且用头的大小来比喻）

2. 核心

经常会说某个CPU是多少核，譬如2核、4核、8核、12核、16核等，这里就是说多少核就是指一个CPU有多少个内核，即核心。核心数量越多，同比而言，并行运算能力越强。

最初的哪吒是1个头来吃东西，哪吒觉得这样吃起东西来还是慢，于是变出了3个头，用3个头同时来吃东西，这样哪吒就可以同时来吃更多的东西，并行吃东西的能力就得到显而易见的提升咯。

3. 线程

还是以AMD Ryzen 9 3900X这款CPU为例吧，这款CPU的并行能力很强，是12核24线程的；其本身的核心数量是12，每1个核都是双线程的，整体就是24线程，所以操作系统会将其理解成24核来使用的。

哪吒变成三个头的初期，是变了3个胳膊，每个胳膊对应着1个头，胳膊拿东西，像嘴里塞；后来哪吒发现自己的每一个头其实并没有充分发挥吃东西的能力，主要瓶颈在于胳膊拿东西的速度；于是哪吒就又变出了3个胳膊，总共6个胳膊，每2个胳膊服务于1个头，这样哪吒整体吃东西的能力等于翻倍了；就好比达到了以前6个头同时吃的能力了；所以外界看来，哪吒就好像是有了6个头，实际哪吒还是3个头。这里的线程就是哪吒胳膊的数量。胳膊越多，并行吃东西能力越强。

4. 缓存

CPU高速缓存（CPU Cache）是用于减少CPU访问内存所需平均时间。简而言之，CPU的缓存的结构和大小对CPU的速度影响非常大。若要是比喻，可以把CPU缓存比喻成哪吒的胃；哪吒虽然是三头六臂，但还会是受到他的胃的影响，胃分泌胃液的能力、胃的大小都是制约因素。其他指标相同时，同比比较CPU缓存，同样架构的缓存，越大的缓存则意味着CPU的运算能力更强。

5. 架构

如果忽略CPU的架构，只一味着去比较CPU的多少核多少线程等因素，那就是扯淡，完全没有可比性。可以将CPU的架构理解成多维宇宙，在同一个宇宙中，去比较哪吒的三头六臂才有可比性；不同的宇宙中的哪吒没有可比性，有些宇宙中的哪吒，一个头一个胳膊的模式下也能把另一个宇宙三头六臂的哪吒秒成渣；（备注：这句话与下图无关，下图只说明脱离架构去比较CPU的内核数量、线程数量等，没有可比性，本文不介入intel与AMD的CPU性能比较）所以比较CPU的架构非常有必要。而实际选择中，尽量选择越新的CPU架构，同品牌同系列的新一代的CPU架构会比上一代的CPU架构强很多，纵使摩尔定律有点失常了，也定然会比上一代强不少。