计组面试题—CPU和GPU的主要区别是什么？

Author: Cyan_RA9
Source: 【卡码笔记】网站
Question: CPU和GPU的主要区别是什么？

【简要回答】

CPU和GPU的概念

• CPU（Central Processing Unit），即中央处理器，是计算机的主要设备之一，负责解释计算机指令，协调并控制计算机各组件正确地执行指令序列，并根据指令对数据进行加工。
• GPU（Graphics Processing Unit），即图形处理器，是一种专门设计用于处理图形渲染和并行计算的处理器。GPU具有大量的核心，能够同时执行大量简单的计算任务，适用于处理图形、视频、科学计算和机器学习等需要高并行计算能力的任务。

CPU和GPU的区别

• 如下表所示：

【详细回答】

• CPU主要由运算器和控制器两部分构成，注意——有时候我们也将CPU分为数据通路和控制部件两部分，这两种分法并不矛盾，前者是从功能模块的角度对CPU进行划分，后者则是从硬件实现的角度对CPU进行划分。
• CPU的具体功能包括：(前四个功能由控制器实现，第五个功能由运算器实现）
  1. 指令控制：
     • 从程序执行的角度，指令控制保证了指令按照程序预先规定好的顺序自动执行。
     • 从指令本身的角度，指令控制还确保了取指令，分析指令和执行指令的顺序执行。
  2. 操作控制：
     • 产生完成一条指令所需要的操作信号，并把操作信号送到CPU相应的执行部件，使得执行部件按指令规定的操作正确执行。
  3. 时序控制：
     • 对每个操作信号进行定时，严格控制操作信号的产生时间、持续时间。
  4. 中断控制：
     • 及时响应内部异常和外部中断请求，如缺页异常和键盘中断。
  5. 数据加工：
     • 对数据进行算术运算、逻辑运算，或将数据在相关部件之间传送。
• GPU主要由流处理器和显存构成。
• GPU的主要功能包括：
  1. 并行计算能力：
     • GPU拥有成千上万的小核心，能够同时处理大量数据，适合并行计算任务。
     • 例如，在图像处理中，每个像素的计算可以独立进行，GPU可以同时处理多个像素。
  2. 图形渲染：
     • GPU最初设计用于图形渲染，能够高效处理3D图形、视频游戏、动画等任务。
     • 它负责将3D模型转换为2D图像，并处理光照、阴影、纹理等效果。
  3. 通用计算（GPGPU）：
     • 现代GPU不仅用于图形处理，还广泛应用于通用计算（General-Purpose computing on Graphics Processing Units，GPGPU）。
     • 例如，深度学习、科学模拟、密码学等领域都利用GPU的并行计算能力加速运算。
  4. 处理大量数据：
     • GPU专注于高吞吐量，适合处理大量数据，但在处理复杂逻辑和单线程任务时效率不如CPU。
  5. 与CPU进行协作：
     • CPU和GPU通常协同工作，CPU负责处理复杂的逻辑和任务调度，而GPU负责大规模并行计算。

【知识拓展】

• CPU运算器和控制器的组成结构，如下表所示：