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  • 一台计算机只能有一个cpu
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    2021-07-27 08:44:48

    一块小小的 CPU 里有多少个晶体管?几十亿个。

    单枪匹马造出一个 CPU 乃至完整的电脑需要多长时间?有位大牛在《我的世界》游戏里用实际行动回答了这个问题:可能要花费一年多。

    这篇造计算机的教程一经转载就在知乎上火了。

    这并不是一篇游戏攻略,而是来自复旦大学的季文瀚,写的一篇课程论文。他在大二时就有了大胆的设想,经过一年的精心营造,建起了一个计算机雏形,取名Alpha21016。

    虽然它不能与现实中的计算机相比,只能实现一些简单的功能,但这台计算机体积惊人,光看它复杂的结构就已经能感受工程量的巨大。

    有网友感叹,发课程论文可惜了,简直可以发学术论文啊。

    这台计算机能做什么

    季文瀚计算机使用的是哈佛结构,而非更常见的冯 · 诺依曼结构。程序储存器和数据储存器分开放置。程序储存器 1kb,数据储存器 0.5kb。

    它可以实现各种函数运算:加减乘除、三角函数还有矩阵运算。它包含一个 16bit 的 CPU 和一个 32bit 的浮点运算单元 ( FPU ) 。

    从硬件上看,它是个超大规模集成电路,逻辑门总数大概在 5 万 -10 万门之间。光是存储器堆叠起来就有 8 层。

    要造出这样一台计算机,数字电路、微机原理、汇编语言、编译原理都不能少。想想你挂过哪几门课,从学会到熟练运用就更难了。

    有了专业知识的支持,就能将计算机拆解成基本的部件。

    我们都知道计算机的基础是数字电路,数字电路的基础是 " 门 ",季文瀚用游戏里基本的 " 红石电路 " 搭建出了逻辑门。

    从逻辑门出发,再搭建出组合电路、时序电路、触发器,有了这些就能组成 CPU 的一些基本单元,最终造出整个计算机。

    现实世界中,晶体管是数字电路的基础;在《我的世界》中,红石电路是构成复杂电路的基本单元。

    红石电路玩家,只用火把和方块,就能造出基本的逻辑门:或门和非门。或门和非门的组合可以造出与门、异或门等任意逻辑门。

    但仅仅知道怎么制造逻辑门离造出计算机还很远,可能大致相当于造出汉字笔画到写出《红楼梦》的距离。

    季文瀚先给自己的 CPU 架构画了一个草图:

    其中每一个方框都代表一个或若干个硬件单元,小一点的大约一两百个门电路,大的有几千个门电路。这个密密麻麻的部分,也只是架构的右半部分而已:

    知道了 CPU 的基本架构,再按照架构图分别造出每个部分,比如 CPU 的重要模块 " 算数逻辑单元 "(ALU)和 " 指令寄存器 "(IR),工程量很大。

    算数逻辑单元还能进一步拆解,它的加法器由数个全加器组成,上面基本的逻辑门可以组成加法器中最基本的全加器 ( 下图 ) 。

    全加器也是计算机的一个核心部件。

    同时,《我的世界》还提供的基于活塞机械的断路,用信号控制电路的通断,也就是继电器。利用继电器和逻辑门的组合可以造出存储器。

    计算器→单片机→计算机

    大概是因为太复杂,季文瀚一开始也没想直接搭个计算机。

    最初,他的目标是造出一台 16 bit 的简单计算器。

    但做到一半,他就觉得可以实现更复杂的东西,于是想改成单片机:这是具有 "图灵完备性",可以执行一切计算机程序的简单计算机。

    他规划了指令集架构,储存器架构,以及指令发射方式等等。

    后来,触发器、可读写储存器、缓冲队列等等重要电路,季文翰都设计成功了。

    有了这些,少年又做了更雄伟的计划:做个16 bit 的 CPU。

    CPU 旁边,还有一个包含超越函数的单精度 32 bit 浮点处理器 ( FPU ) 。

    这里,计算器作为片外系统,并没有被抛弃。季文翰把 16 bit 计算器,改成了完全时序逻辑电路控制、且有溢出判断的计算器——这在 Minecraft 红石电路玩家里,已是前所未有。

    它借用 CPU 的 ALU 部分进行运算,并经过总线传输数据。

    CPU 和计算器的大部分硬件,都在这张表格里:

    表上的 40 个硬件,除了指令译码器、指令发射端、异常中断响应没有做完,其他都做好了。还有一些小的硬件单元没有列出来。

    目前,CPU 的 ALU、主储存器、和寄存器等EU 部分已经完工,内部环状总线已竣工,CU 部分,也就是最繁琐的部分,还没有完工。

    肉眼可见的威力

    季文翰说,虽然还没完全竣工,但 CPU 已经可以执行许多种机器指令 ( 以 MOV 为主 ) :通用寄存器赋值,按字 / 字节 + 立即数 / 间接 / 直接寻址。

    其中,最容易用肉眼感受到威力的,还是借用 CPU 的 ALU 完成运算的计算器。

    他在视频里展现了加减乘除,正余弦,以及平方根的计算。

    从养着小猪的地方走楼梯下来,就是计算器的所在地了。这里有两排按钮,还有显示屏,如上图。

    屏幕后面,可以看到运转的电路。

    先做加减乘除。

    减法也是同理。只不过,负号和减号在这里分成了两个按钮。

    乘法和除法的运算量比较大:三位数乘三位数,大概需要 20 秒;除法更慢一些,电脑还会卡。

    下图就是除法,因为打了反除号 ( ) ,所以被除数在右边。左下是商,右下是余数。

    空间限制了算力,所以计算器要有溢出判断,超过 ±32627 的范围就会报错,显示 "E"。

    不论是输入的数还是计算结果,超出范围都会报错:

    除以 "0",也会报错。

    注意,计算机用二进制来计算,算好之后还要从二进制转成十进制,才是最终的答案。这里用到了BCD/BIN转换算法,把二进制 BIN 码,转成十进制 BCD 码。

    四则运算做完了,还有正余弦,用的是 Cordic 旋转迭代算法:

    需要多次迭代,所以运算比较慢,大概花了两分钟。

    相比之下开根号就快许多,用的是快速平方根算法:

    20 秒 ( 就 ) 开好了。

    计算能力就展示到这里。

    而机智的你可能已经也感受到了,显示器对于一台计算机有多重要。那么:

    显示器怎么做?

    游戏空间太狭窄,造显卡是不现实的:2×2 个红石灯,就是游戏能控制的最小像素了。

    所以,季文翰做了字符显示器。

    首先,用七段显示器来表示数字。

    一个 " 日 " 字,是 7 根小棒组成的

    比如,"4" 就有左上、右上、中、右下,一共四根小棒。

    每根小棒又由三个方块组成。把这些方块的活塞往回抽,就显示出凹陷的 "4" 了。

    而每个十进制数,都可以对应二进制的四位数,比如 3 是 0011,9 是 1001。输入二进制数,屏幕就能显示成十进制。

    数字搞定了,还有其他字符。季文翰用了自己设计的缩减版 ASCII 码,只有不到 64 个字符:

    给每个字符编个号:0,1,2,…,63。每个号码,都可以转成二进制数 00000-111111。

    然后,显示出来长这样:

    打开夜视,萤火一般,美不胜收。

    其实,这些字是 " 印 " 在了显示器的键盘上,白天长这样:

    也就是说,计算机有了,显示器有了,键盘也有了。

    而这样的杰作,居然来自一位 " 业余选手 "。

    " 我学的不是计算机 "

    现在来回顾一下,从逻辑门到计算机,都要经历什么:

    或门,非门

    →与门,异或门

    →全加器,信号长度转换器,多态选择器,储存器单元,译码器单元,求补码单元,移位器单元

    →可读写储存器,译码器,加法器,移位器,时钟发生器

    →加减法器,乘法器,除法器,可读写储存器阵列,寄存器,程序计数器

    →总线,ALU,CU

    →计算机

    令人意外的是,造出这项复杂工程的季文瀚,是复旦大学 2011 级生命科学学院的本科生,没有受过系统地计算机科学专业教育。他说,看到国外玩家的作品很感兴趣,才自学了一些专业课。

    大二便启动了 Alpha21016 计算机的开发,作为《网络虚拟环境与计算机应用》这门课的项目来做的。

    从他对技术细节的解读来看,那时的季文翰,已经硬件和软件上拥有无比充分的准备。

    普通人的话,可能了解逻辑电路的基础。普通红石玩家的话,可以把逻辑电路的基础知识,用来搭建简单或复杂的红石电路。

    高阶红石玩家,也曾经在季文瀚的项目开始之前,造出过计算器。

    但制造一台计算机,并没有多少人敢想。季文翰不但想到,还用了一整年去实现,几近完成。

    毕竟,如果有个容量惊人的大脑,总归要拿来用的吧。

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    满意答案

    00e27ab806e4881f8254fe7ae8741834.png

    zgsdqdlc

    2015.07.02

    00e27ab806e4881f8254fe7ae8741834.png

    采纳率:49%    等级:13

    已帮助:8141人

    计算机处理器是解释和执行指令的功能单元,也称为中央处理器或cpu,它是计算机的中枢神经系统,与处理器和内存周围被称为外设的设备形成对比,如键盘、显示器、磁盘、磁带机等都是外设。每一种处理器都有一套独特的操作命令,可称为处理器的指令集,如存储、调入等之类都是操作命令。计算机的设计者喜欢将计算机称为机器,因此,指令集有时也称为机器指令,编写这些指令的二进制语言也叫机器语言。中央处理器(英文Central Processing Unit,CPU)是一台计算机的运算核心和控制核心。

    可以自己查看电脑处理器CPU

    (1)右键点击桌面计算机图标,在右键菜单中左键点击属性,打开系统窗口,可以查看电脑的CPU。

    (2)在系统窗口,左键点击设备管理器,在设备管理器中点击处理器,可查看电脑的CPU。

    (3)开始 - 运行(输入dxdiag)- 确定或者回车,打开DirectX诊断工具,可查看电脑的CPU。

    (4)用CPU-Z工具可查看电脑的CPU。

    (5)用优化软件也可以查看电脑的CPU。

    普通的个人电脑只能安装一个CPU,用于服务器的主板可以安装两个以上的CPU。大型机和巨型机甚至有上千个CPU

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  • 满意答案yu914pco推荐于 2018.04.08采纳率:54%等级:12已帮助:10986人CPU只有一个,只看内核的数量,以下信息希望能对你帮助:可以像你这样理解.单核如果是1.8那么双核就是3.6了.相当于2个CPU在工作~!买CPU时:...

    满意答案

    dcebd7a0de6265b6ccae5ead692f1eab.png

    yu914pco

    推荐于 2018.04.08

    dcebd7a0de6265b6ccae5ead692f1eab.png

    采纳率:54%    等级:12

    已帮助:10986人

    CPU只有一个,只看内核的数量,以下信息希望能对你有帮助:

    可以像你这样理解.

    单核如果是1.8

    那么双核就是3.6了.相当于2个CPU在工作~!

    买CPU时:

    选择双核 或者选择I7 。

    如果不是需要太高性能的机子用双核就可以了,普通四核其实是假四核,相当于两个双核CPU(有两个二级缓存),不能真正发挥四核的性能。

    I7开始出现了三级缓存,而且集成内存控制器, 原来的前端总线变成了性能更好的QPI 而且三级缓存是共享的, 也就是4个核可以同时读取三级缓存里的东西(原来的四核只能两个核读一个二级缓存) ,

    所以I7才是真正的四核 普通四核根本不能发挥四核的性能 。

    i7和以前的core2最大的区别是和AMD一样,有2点不同。

    1、把内存控制器放在核心内部而不是北桥,以前CPU要从内存读取数据先要去北桥,这样会造成很大的内存延迟,而且总线的带宽一直不够用。

    2、使用3级缓存作为核心直接的连接通道,以前是要占用总线来实现核心之间的数据交换,这样使原本就不够用的总线带宽延迟更大。

    不过QPI总线目前最大的内存带宽也只相当于AMD HT1.0的带宽,而HT3.0已经将最大带宽提升了近3倍,所以AMD目前在内存延迟上依然还有一定的优势。

    对你有帮助的话希望及时采纳,谢谢!

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    那么为什么我们的电脑都只有一个CPU呢?一般情况下,一块CPU就可以满足用户的需求CPU电脑中基本上是相当于我们的大脑,处理信息和运行的速度都是主要看CPU的性能。但是由于CPU的制造比较复杂,属于高科技精密工艺...

    随着社会的不断发展,电脑手机飞快的发展,和前几年相比,性能也有了极大的提升。但是相信一些对于电脑要求比较高的游戏爱好者或者一些专业人士,有时候会觉得配置不够用。那么为什么我们的电脑都只有一个CPU呢?

    一般情况下,一块CPU就可以满足用户的需求

    CPU在电脑中基本上是相当于我们的大脑,处理信息和运行的速度都是主要看CPU的性能。但是由于CPU的制造比较复杂,属于高科技精密工艺,因此在考虑到成本等方面的原因,使就只会安装一个CPU的。而且现在科技这么发达许多平时就只会安装一个CPU的,而且现在科技这么发达,许多CPU早就已经有了多核心技术了,基本上是多核在运转。其实对于一般的办公休闲使用的话,一个CPU就足够了,其实是对于电脑要求比较高的游戏玩家也根本用不上多个CPU,玩游戏主要是对频率要求比较高,此基本上只有非常专业或者是对运算量相当大的工作才会使用多个CPU。

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    安装多个CPU会大大增加电脑的成本,增加用户的费用负担

    中央处理单元是一台计算机的核心和控制中心。一般来说,中央处理单元是计算机中最昂贵的部件之一。如果要使用两个处理器,那么计算机的成本就会增加很多,计算机的价格也会相应提高,这对于普通用户来说不是很有利,因为他们不需要这么高的性能。整台电脑的生产成本也应该更高。在生产过程中,工厂按照一般计算机的标准生产计算机的其他部分。如果目前需要设计一台双处理器的计算机,那么其他部件也需要修改,所以利润损失非常大。

    世界上有多个CPU的电脑吗?

    其实,在电脑上安装多个CPU并不是不可以实现,但这需要庞大的资金和数据支持。比如一些正规的计算机研发人员或者科研团队,都会使用同时运行多个处理器的计算机,但是普通人很难买到这样的计算机。

    答案写到这,现在大家知道为什么我们的电脑都只有一个CPU了吗?

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