多核 CPU 是如何工作的？

Question

我知道，模糊的问题标题，但我的主要问题是，1 个核心一次只能执行一个程序吗？CPU 级别的“多任务处理”是否通过在任务之间切换来工作，如果是，为什么？为什么 CPU 不能同时处理多个任务？他们有数十亿个晶体管，为什么有些晶体管不能解决一个问题，而另一些则不能解决另一个问题？是硬件限制，还是操作系统限制？

Answer 1

晶体管无法“解决问题”。它是 CPU 的基本构建块，本身无用，但需要构建逻辑门（然后可以计算简单的操作，例如加法等......）。单个内核中有很多硬件，而不仅仅是一个晶体管。

CPU 的功能远不止“做事”那么简单。有一个虚拟内存管理器、一个硬件缓存管理器、将 CPU 连接到主板和系统内存的各种接口等……多核 CPU 通常共享实际 CPU 内部的许多硬件。

“程序”是一个软件概念——CPU 不知道它是什么。CPU 所做的只是执行操作系统发送的操作。从这个意义上说，单核CPU一次只能执行一个逻辑运算。但是，即使在单核处理器上，您仍然可以同时执行多个操作，因为操作系统会以非常快的速度切换当前正在运行的程序。多核 CPU 允许您同时运行多个任务，操作系统可以利用这一点，让您轻松地同时运行更多程序，或者让一个程序利用多核来运行得更快。

从技术上讲，“程序”是一个分为一个或多个线程的进程，每个线程在执行时都是独立的，它们都有自己的堆栈、CPU 上下文（寄存器等）和其他东西，尽管它们仍然可以通信显然，在这个过程中彼此之间。