1、CPU和GPU的內(nèi)部構(gòu)成和原理
2、GPU和CPU的特點(diǎn)分別是什么？
3、GPU和CPU的適用場(chǎng)景是什么？

1、CPU和GPU的內(nèi)部構(gòu)成區(qū)別

如上是CPU和GPU的內(nèi)部構(gòu)成，可以看出是由不同的架構(gòu)所組成

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• CPU：叫做中央處理器（central processing unit）作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，是信息處理、程序運(yùn)行的最終執(zhí)行單元。^[1]

可以形象的理解為有25%的ALU(運(yùn)算單元)、有25%的Control(控制單元)、50%的Cache(緩存單元)

因?yàn)镃PU涉及到通用計(jì)算，復(fù)雜度較高，——總結(jié)成少量的復(fù)雜計(jì)算

1. 需要少量的運(yùn)算單元，強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可以理解為4個(gè)專家，既可以做奧數(shù)題，也可以做加減法
2. 需要足夠的控制單元實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)
3. 需要足夠的緩存單元去存放一些已經(jīng)計(jì)算完成的結(jié)果，或者是后面馬上要用到的數(shù)據(jù)

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• GPU：叫做圖形處理器。圖形處理器（英語(yǔ)：Graphics Processing Unit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺(jué)處理器、顯示芯片，是一種專門在個(gè)人電腦、工作站、游戲機(jī)和一些移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）上做圖像和圖形相關(guān)運(yùn)算工作的微處理器。^[2]

可以形象的理解為90%的ALU(運(yùn)算單元)，5%的Control(控制單元)、5%的Cache(緩存單元)

GPU的設(shè)計(jì)原理——總結(jié)為大量的簡(jiǎn)單運(yùn)算

1. 大量的運(yùn)算單元：負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單粗暴的計(jì)算，不擅長(zhǎng)奧數(shù)題，但小學(xué)題他會(huì)
2. 少量的控制單元和緩存單元：主要是負(fù)責(zé)合并和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，對(duì)這兩塊的需求較小，所以占據(jù)GPU較小的空間

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2、GPU和CPU的特點(diǎn)分別是什么？

2.1、計(jì)算量比較

• CPU：計(jì)算量小，原理：只有4個(gè)運(yùn)算單元
• GPU：計(jì)算量大，原理：有1000個(gè)運(yùn)算單元

2.2、計(jì)算復(fù)雜度比較：

• CPU：可計(jì)算復(fù)雜的運(yùn)算，比如積分微分，4個(gè)運(yùn)算單元都屬于專家級(jí)別
• GPU：只可以計(jì)算簡(jiǎn)單的1+1算術(shù)題，不能計(jì)算復(fù)雜的微分積分，1000個(gè)運(yùn)算單元屬于小學(xué)生水平。

2.2、對(duì)于單個(gè)積分微分的計(jì)算速度比較

• CPU：較快。原理：?jiǎn)尉€程計(jì)算（比如機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制），單個(gè)芯片性能強(qiáng)勁，計(jì)算能力強(qiáng)，能計(jì)算出來(lái)
• GPU：較慢，甚至可能計(jì)算不了；原理：?jiǎn)蝹€(gè)芯片性能弱，計(jì)算能力弱，可能算不出來(lái)，或速度很慢

2.3、對(duì)于多個(gè)1+1算術(shù)題的計(jì)算速度比較

• CPU：速度較慢。因?yàn)橛?jì)算原理是：先算第1題， 再算第2題，總時(shí)間為【T1+T2+T3>>>+T1000（也就是1000個(gè)算術(shù)題消耗時(shí)間的累加]）】
• GPU：速度很快。因?yàn)橛?jì)算原理是：可同時(shí)計(jì)算1000道算術(shù)題，總時(shí)間為【max（T1,T2,T3...T1000）（也就是1000個(gè)算術(shù)題消耗時(shí)間中的最大值）】

2.4、形象比喻

• GPU：計(jì)算量大，但沒(méi)什么技術(shù)含量，而且要重復(fù)很多很多次。就像你有個(gè)工作需要算幾億次一百以內(nèi)加減乘除一樣，最好的辦法就是雇上幾十個(gè)小學(xué)生一起算，一人算一部分，反正這些計(jì)算也沒(méi)什么技術(shù)含量，純粹體力活而已。
• CPU：像老教授，積分微分都會(huì)算，就是工資高，一個(gè)老教授資頂二十個(gè)小學(xué)生，你要是富士康你雇哪個(gè)？GPU就是這樣，用很多簡(jiǎn)單的計(jì)算單元去完成大量的計(jì)算任務(wù)，純粹的人海戰(zhàn)術(shù)。

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3、適用場(chǎng)景

CPU：適合需要前后計(jì)算步驟嚴(yán)密關(guān)聯(lián)的計(jì)算場(chǎng)景。這些任務(wù)涉及到“流”的問(wèn)題，必須先計(jì)算完第一步，再去計(jì)算第二步；比如你去相親，雙方看著順眼才能繼續(xù)發(fā)展。總不能你這邊還沒(méi)見(jiàn)面呢，那邊找人把證都給領(lǐng)了。這種比較復(fù)雜的問(wèn)題都是CPU來(lái)做的，生活中大部分用的都是CPU，例如武器裝備運(yùn)動(dòng)控制、個(gè)人電腦使用等

GPU：適合前后計(jì)算步驟無(wú)依賴性，相互獨(dú)立的計(jì)算場(chǎng)景。很多涉及到大量計(jì)算的問(wèn)題基本都有這種特性，比如你說(shuō)的破解密碼，挖礦和很多圖形學(xué)的計(jì)算。這些計(jì)算可以分解為多個(gè)相同的簡(jiǎn)單小任務(wù)，每個(gè)任務(wù)就可以分給一個(gè)小學(xué)生去做。^[3]

4、視頻案例

B站和youtube網(wǎng)站都有的一個(gè)視頻，搬運(yùn)過(guò)來(lái)，加以解釋。

視頻中分別畫了兩幅圖

圖A是一張笑臉，是由一個(gè)個(gè)彩蛋先后發(fā)射，連接在一起，給人呈現(xiàn)以笑臉的圖像，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，比喻的對(duì)象是CPU的計(jì)算原理，一步步迭代計(jì)算

圖B是一張蒙娜麗莎的畫像，是由大量彩蛋同時(shí)發(fā)射，拼湊成一幅完整的畫像，花費(fèi)時(shí)間是在一瞬間，比如的對(duì)象是GPU的計(jì)算原理，大量高并行計(jì)算

PS：觸類旁通?：

如果你購(gòu)買電腦，你對(duì)電腦的需求是追求優(yōu)秀的游戲圖像高畫質(zhì)，建議就是選擇GPU(又叫圖像處理器或者顯卡)牛逼的，這樣會(huì)讓你的游戲體驗(yàn)大增，因?yàn)槟汶娔X中所有色彩像素點(diǎn)的渲染效果需要GPU去做大量并行計(jì)算！