大家都知道,计算机的核心是CPU。那么,CPU里面到底有什么呢?
翻开厚厚的《深入理解计算机系统》(Computer Systems:A Programmer’s Perspective),在第4章终于揭开了CPU的真面目。原来,它是由大量的触发器和寄存器构成的。而构建寄存器和触发器的基本单元,则是中学物理课学过的一个概念——晶体管。
这个家伙内部有大量的触发器和门电路:
组成触发器和门电路的基本单元是MOSFET晶体管:
由于MOSFET晶体管工艺的原因,在实际中,它的控制极(栅极)等价于一个电阻和一个电容的串联:
每当这个晶体管的状态在0和1之间变化,都伴随着对电容的充电和放电。放出来的电到哪去了呢?当然是在电阻中转换为热能了。
大家都知道,当CPU的运算负载增加的时候,CPU的温度也会随之上升。这种现象的本质原因,就是由于随着CPU每秒钟执行运算指令的增加,CPU内部随着时钟,发生状态翻转的晶体管也在增加,因此造成了散热的增加。
我们可以用这个公式来得到CPU的发热量:
其中,P代表功耗(发热量), f代表工作频率,k是一个和CPU工作负载、CPU工艺等相关的常数。