CPU 的工作原理以及为什么Apple Silicon M1 比 Intel i9 快？

计算机是一种可以通过编程自动执行算术或逻辑运算序列的机器。CPU 或中央处理单元是计算机中最重要的部分。所以在这篇文章中我将讨论 CPU 是如何工作的，稍后我将讨论为什么 Apple Silicon Chip 比 Intel i9 更快。在我们深入研究之前，您应该了解基本的计算机知识。
该中央处理单元或CPU就像是在你的汽车发动机或大脑在你的头骨，犹如使用您的计算机上运行的应用程序一个真正看中的计算器。当您使用 JavaScript 或 Python 等语言编写软件时，您实际上是在编写一组指令，这些指令将由 CPU 作为机器代码执行，CPU 本身是精心制作的金属和硅片，包含数十亿个微型晶体管或 ON/OFF代表 1 和 0 的开关以执行数学计算。CPU 将多个晶体管组合在一起形成逻辑门。
例如，AND 将采用两个二进制输入并验证两者都为真以产生真输出。解决高度复杂的计算问题需要一些基本的逻辑门。

中央处理器时钟

现代芯片包含数十亿个晶体管，然后每秒可以打开和关闭数十亿次。CPU 的状态由称为时钟发生器的振荡器同步。
计算机的速度是由它的时钟周期决定的。它是计算机每秒运行的时钟周期数。单个时钟周期非常小，大约 250 * 10 *-12 秒。时钟周期越高，处理器越快。一般来说，时钟每秒脉冲次数越多，CPU 的计算速度就越快，通常以 GHz（Gigahertz）为单位。
游戏玩家有时会超频 CPU 以获得更高的性能，但代价是更高的温度和更低的预期寿命。

机器或指令周期

现在为了运行应用程序，它以一系列称为机器或指令周期的四个步骤与系统内存或RAM交互。

1.Fetch -第一步是 Fetch 阶段。将软件程序视为存储在 RAM 中的一组指令。CPU 有寄存器来临时存储它想要与程序计数器交互的地址和内存，从 0 开始并将该地址复制到内存地址寄存器。然后控制器发出一个信号，将数据从该地址复制到指令寄存器，此时它需要弄清楚如何在解码阶段使用该指令。

2. 解码——在这个阶段，它弄清楚如何使用指令。控制单元解析OPTCODE中的实际位，其中包含诸如 ADD 和 SUBSTRACT 之类的指令，而OPERAND是内存中执行该操作的地址。

3. Execute-最后执行阶段取解码的信息，并将其作为电信号传送给CPU的相关部分。的算术逻辑单元（ALU） 能对数据执行数学和然后存储在RAM中的结果来改变程序的状态。该循环每秒重复数十亿次。

现代芯片利用多个 CPU 内核并行运行多个计算。这就是 CPU 在引擎盖下的工作方式，但您应该了解更多关于处理器架构的信息。

苹果硅 M1

M1 芯片是第一款 Apple Silicon，于 2020 年 11 月发布，受到了很多粉丝的追捧。它立即让人们大吃一惊，因为它不仅具有更低的功耗，而且比竞争对手提供的许多更昂贵、更强大的芯片具有更高的性能。

什么是苹果M1芯片？

Apple 于 2020 年 11 月 10 日推出了 Apple Silicon 品牌下的第一款产品，名为 Apple M1。这是一款苹果公司基于ARM架构开发、5nm工艺节点制造的定制芯片。Apple M1 向使用该芯片的笔记本电脑和台式机用户承诺行业领先的性能、强大的功能和令人难以置信的效率。作为片上系统 (SoC)，M1 将许多强大的技术以一种非常有趣和创新的设计结合到单个芯片中，这是英特尔或 AMD 之前从未见过的。更不用说，M1 是第一款使用 5 纳米工艺节点构建的个人计算机芯片。很简单，它是 Apple 自己设计和制造的定制 CPU 的名称。

为什么M1这么快？

想象一下，你想用奶酪三明治做火鸡，你去冰箱，在一个地方你有火鸡、奶酪、蛋黄酱、芥末，所有的原料都在一个地方，你不必在冰箱里跑来跑去。房子来收集它们。您不必跑到很多商店去取货，这可以为您节省大量时间和精力。这种效率可以在新的 Apple 硅芯片中找到。因为它们不仅仅是一个新的处理器。Apple Silicon 是许多芯片的集合，这些芯片安装在一个硅容器中，这种类型的系统被称为片上系统 (SoC)。它本质上是一个芯片上的整个计算机。主要的 CPU、GPU、I/O 控制器、ML 引擎。它们都位于同一地点。因此，要完成涉及所有这些不同组件的任何任务，芯片可以节省大量时间并且效率更高。就能源使用而言，仅使用一点点功率，同时它比所有组件都分开的典型机器更快。

基于 Intel 的机器有一个单芯片 CPU，内存位于主板上的其他地方，I/O 位于其他地方。单个组件可能比最新的基于 Apple 硅的机器上可用的组件更强大，但需要付出代价。由于这些强大的组件就像超市一样，里面有不同的三明治原料，因此当您想在英特尔机器上吃三明治时，您将不得不开车走遍全城，因为一家商店有火鸡，一家商店有奶酪，而另一家商店则有来一份蛋黄酱。每家商店可能都非常擅长他们的流程并拥有最好的原料，但每家商店也需要大量的电力来降低效率，因为您真正想要的只是制作一个简单的三明治。

Apple M1 芯片与英特尔：主要差异

CPU架构

M1 芯片与 Intel 处理器的主要区别在于 M1 基于 ARM 架构。ARM 处理器通常更轻巧、更节能，非常适合智能手机和移动设备。此外，它们是理想的处理器类型，可以在不需要风扇的情况下最大限度地减少过热。
然而，这种架构虽然有很多好处，但也有它的注意事项。例如，像 M1 芯片这样的 ARM 处理器需要全新的软件。这就是为什么您会看到移动设备与计算机相比具有独立的操作系统。问题不仅在于外形，还在于处理器的兼容性。

软件、桌面应用程序和仿真

软件也是 M1 芯片在科技界引起如此轰动的最大原因之一。基于 ARM 的处理器运行软件是如何为桌面处理器制作和优化的？Apple 选择的解决方法是通过仿真运行桌面软件——它以出色的方式通过。这绝非易事，考虑到大多数通过仿真运行的事情都不会运行得那么快或那么顺利。
另一方面，由于 M1 是移动处理器，新 Mac 也可以运行 iOS 应用程序。因此，有更多的交叉兼容性，进一步模糊了移动和桌面之间的界限。当然，您无法获得与基于 Intel 的设备的这种交叉兼容性。然而，微软似乎确实在推动 Windows 11 上的 Android 应用程序。

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