12.4.4 CPU

1. 它是什么？
在图中，North Bridge 是位于CPU架构中心偏上方的那个蓝色方块区域。

2. 它有什么作用？
北桥的主要作用是负责高速数据传输和协调CPU核心与其他关键高速组件之间的通信。根据图片中的连接箭头，它的具体功能包括：

• 内存控制器 (MC - Memory Controller)：
  • 图中北桥内部包含一个标为MC的绿色小块。
  • 它直接连接右侧的DIMMs（内存条，支持双通道DDR3/DDR4）。
  • 作用： 管理CPU与内存之间的数据读写。由于集成在CPU内部，大大降低了访问内存的延迟，提高了带宽。
• PCIe控制器 (PCIe 3.0)：
  • 图中北桥向右连接到PCIe 3.0，进而连接到Graphics Card（独立显卡）。
  • 作用： 提供高速通道，让CPU能直接与独立显卡进行快速数据交换。
• 显示输出 (Display)：
  • 图中北桥向左上方连接到Display。
  • 作用： 处理视频信号输出，支持高达4K的分辨率。
• 与南桥通信 (DMI/OPI)：
  • 图中北桥向左连接到DMI/OPI接口，进而连接到South Bridge（南桥，图左侧的绿色方块，标为Intel 100 Series）。
  • 作用： 作为桥梁，将CPU核心与南桥管理的低速外设（如Wi-Fi、蓝牙、以太网、雷电接口等）连接起来。

根据图示内容，最下方的绿色方块 HD 500 Graphics Unit 是Intel Skylake处理器的集成显卡（Integrated GPU，简称核显）。

1. 图形渲染与输出 (Graphics Rendering)

• 核心功能： 它是电脑的“画师”。它负责处理所有的图形计算任务，比如显示Windows/macOS的桌面界面、运行浏览器、办公软件以及运行一些对显卡要求不高的3D游戏。
• 替代独显： 对于不玩大型游戏或不做重度3D渲染的用户，有了它就不需要额外购买图右上角显示的独立显卡（Graphics Card）。

2. 视频编解码 (Video 模块)

• 图中细节： 绿色方块内右下角有一个标为 Video 的小方块。
• 作用： 这是一个专门的硬件视频引擎。它负责硬件加速，用来高效地播放高清视频（解码）或进行视频转码（编码）。这大大减轻了CPU核心的负担，能让看4K视频更流畅且省电。

3. 图像信号处理 (ISP 模块)

• 图中细节： 绿色方块内左下角有一个标为 ISP (Image Signal Processor) 的小方块。
• 作用： 用于处理来自摄像头（如笔记本自带的Webcam）的原始图像数据。它负责降噪、自动白平衡、色彩校正等，确保视频通话或拍照时的画质清晰。

4. 利用eDRAM加速 (与右侧的连接)

• 图中细节： 它向右连接到了一个橙色的 eDRAM (64MB or 128MB) 模块。
• 作用： 这是一个非常关键的性能提升设计。集成显卡通常没有自己的显存，需要借用系统内存（速度较慢）。eDRAM作为一个巨大的高速缓存（L4 Cache），专门为这个HD 500图形单元提供极高的数据吞吐速度，从而大幅提升图形性能。

这张图片展示的是 ARM Cortex-A77 处理器的微体系结构（Microarchitecture） 框图。

以下是图中各个部分的详细解释，按照数据流向（从左到右）进行拆解：

1. 前端（Front-end）：准备工作

图片左侧的方块代表指令进入处理器的最初阶段。

• 取指 (Fetch)：处理器从缓存或内存中读取指令。
• 译码 / 重命名 / 派遣 (Decode / Rename / Dispatch)：
  • 译码：将取到的复杂指令翻译成处理器内部能理解的微操作（Micro-ops）。
  • 重命名：为了解决寄存器冲突，让更多的指令可以并行执行。
  • 派遣：将处理好的指令发送到下一级的发射队列中。

2. 中端（Scheduler）：调度中心

• 发射 (Issue)：图中中间蓝色的长条。这是一个非常关键的调度器。它的作用是检查哪些指令的数据已经准备好了，然后把这些指令“发射”给右侧空闲的执行单元。Cortex-A77 的特点之一就是拥有非常宽的发射带宽，意味着它一次能安排很多工作。

3. 后端（Back-end）：执行单元

图片右侧的多个方块代表实际干活的地方。Cortex-A77 是一个超标量（Superscalar）处理器，这意味着它有多个并行的执行端口，可以同时做很多件事。

图中展示了不同类型的执行单元（Port）：

• 分支 0 & 分支 1 (Branch 0/1)：这就意味着有两个单元专门负责处理“跳转”指令（比如 if/else 判断）。双分支单元有助于提高预测准确率，减少流水线停顿。
• 整型 单周期 0 & 1 (Integer Single-cycle)：负责简单的整数运算（如加减法、逻辑运算），速度很快，一个时钟周期就能完成。
• 整型 单/多周期 0 & 1 (Integer Single/Multi-cycle)：负责更复杂的整数运算（如乘法），可能需要多个周期，也能处理简单运算。
  • 总结：这里一共有 4个 算术逻辑单元（ALU），意味着处理器在一个周期内最多可以同时计算4道数学题。
• FP/ASIMD 0 & 1：这是浮点运算（Floating Point）和高级单指令多数据（ASIMD/NEON）单元。专门用来处理小数运算、多媒体数据、图形计算或向量运算。一共有2个这样的单元。
• 装载/存入 0 & 1 (Load/Store)：负责计算内存地址，准备从内存读取数据或写入地址。
• 存数据 0 & 1 (Store Data)：专门负责将数据写入内存的流水线。

图12-11的解释