小塊頭有大智慧編輯教你全面認識CPU

1、CPU，全稱“CentralProcessingUnit”，中文名為“中央處理器”，在大多數(shù)網友的印象中，CPU只是一個方形配件，正面是金屬蓋，背面是一些密密麻麻的針腳或觸點，可以說毫無美感可言。但在這個小塊頭的東西上，卻是匯聚了無數(shù)的人類智慧在里面，我們今天能上網、工作、玩游戲等全都離不開這個小小的東西，它可謂是小塊頭有大智慧。作為普通用戶、網友，我們并不需要解讀CPU里的所有“大智慧”，但CPU既然是電腦中最重要的配件、并且直接決定電腦的性能，了解它里面的部分知識還是有必要的。下面筆者將給大家介紹CPU里最重要的基礎知識，讓大家對CPU有新的認識。1、CPU的最重要基礎：CPU架構CPU架

2、構：采用Nehalem架構的Core i7/i5處理器CPU架構，目前沒有一個權威和準確的定義，簡單來說就是CPU核心的設計方案。目前CPU大致可以分為X86、IA64、RISC等多種架構，而個人電腦上的CPU架構，其實都是基于X86架構設計的，稱為X86下的微架構，常常被簡稱為CPU架構。更新CPU架構能有效地提高CPU的執(zhí)行效率，但也需要投入巨大的研發(fā)成本，因此CPU廠商一般每2-3年才更新一次架構。近幾年比較著名的X86微架構有Intel的Netburst（Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem（Core i7/i5/i3系列），以及A

3、MD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom系列）、K10.5（Athlon II/Phenom II系列）。Intel以Tick-Tock鐘擺模式更新CPU自2006年發(fā)布Core 2系列后，Intel便以“Tick-Tock”鐘擺模式更新CPU，簡單來說就是第一年改進CPU工藝，第二年更新CPU微架構，這樣交替進行。目前Intel正進行“Tick”階段，即改進CPU的制造工藝，如最新的Westmere架構其實就是Nehalem架構的工藝改進版，下一代Sandy Bridge架構將是全新架構。AMD方面則沒有一個固定的更新架構周期，從K7到K8再到K10，大概是3-4年更新一次

4、。制造工藝：更新制作工藝，使同一面積的晶圓可切割出更多CPU芯片我們常說的CPU制作工藝是指生產CPU的技術水平，改進制作工藝，就是通過縮短CPU內部電路與電路之間的距離，使同一面積的晶圓上可實現(xiàn)更多功能或更強性能。制作工藝以納米（nm）為單位，目前CPU主流的制作工藝是45nm和32nm。對于普通用戶來說，更先進的制作工藝能帶來更低的功耗和更好的超頻潛力。32位與64位CPU：2003年AMD發(fā)布第一款X86的64位CPU，開創(chuàng)民用64位先河32/64位指的是CPU位寬，更大的CPU位寬有兩個好處：一次能處理更大范圍的數(shù)據(jù)運算和支持更大容量的內存。對于前者，普通用戶暫時沒法體驗到其優(yōu)勢，但對

5、于后者，很多用戶都碰到過，一般情況下32位CPU只支持4GB以內的內存，更大容量的內存無法在系統(tǒng)識別（服務器級除外）。于是就有了64位CPU，然后就有了64位操作系統(tǒng)與軟件。64位CPU的優(yōu)勢，需要64位操作系統(tǒng)和64軟件支持目前所有主流CPU均支持X86-64技術，但要發(fā)揮其64位優(yōu)勢，必須搭配64位操作系統(tǒng)和64位軟件。遺憾的是目前主流的軟件和游戲均是基于32位開發(fā)的，采用64位系統(tǒng)難免會有一些兼容性問題，而直接采用64位開發(fā)的風險較高，這也是64位在過去7年一直不能普及的原因，但未來64位一定會取代32位成為主流的。2、決定CPU性能的參數(shù)：頻率、核心數(shù)、緩存除了CPU架構外，決定CPU

6、性能的幾個重要參數(shù)還有頻率、核心數(shù)、線程數(shù)以及緩存。TDP熱設計功耗也是網友關注的參數(shù)，下面將為大家介紹這幾樣參數(shù)。主頻、倍頻、外頻、超頻：CPU盒裝會標出主頻、緩存等重要參數(shù)CPU主頻，就是CPU運算時的工作頻率，在單核時代它是決定CPU性能的最重要指標，一般以MHz和GHz為單位，如Phenom II X4 965主頻是3.4GHz。說到CPU主頻，就不得不提外頻和倍頻，由于CPU發(fā)展速度遠遠超出內存、硬盤等配件的速度，于是便提出外頻和倍頻的概念，它們的關系是：主頻=外頻x倍頻。而我們常說的超頻，就是通過手動提高外頻或倍頻來提高主頻。核心數(shù)、線程數(shù)：目前最強CPU擁有4個物理核心、8個邏輯

7、核心雖然提高頻率能有效提高CPU性能，但受限于制作工藝等物理因素，早在2004年，提高頻率便遇到了瓶頸，于是Intel/AMD只能另辟途徑來提升CPU性能，雙核、多核CPU便應運而生。目前主流CPU有雙核、三核和四核，六核也將在今年發(fā)布。其實增加核心數(shù)目就是為了增加線程數(shù)，因為操作系統(tǒng)是通過線程來執(zhí)行任務的，一般情況下它們是1:1對應關系，也就是說四核CPU一般擁有四個線程。但Intel引入超線程技術后，使核心數(shù)與線程數(shù)形成1:2的關系，如四核Core i7支持八線程（或叫作八個邏輯核心），大幅提升了其多任務、多線程性能。關于超線程技術，后面將有詳細介紹。緩存：擁有三級緩存（L3 Cache）

8、的CPU緩存，Cache，它也是決定CPU性能的重要指標之一。為什么要引入緩存？在解釋之前必須先了解程序的執(zhí)行過程，首先從硬盤執(zhí)行程序，存放到內存，再給CPU運算與執(zhí)行。由于內存和硬盤的速度相比CPU實在慢太多了，每執(zhí)行一個程序CPU都要等待內存和硬盤，引入緩存技術便是為了解決此矛盾，緩存與CPU速度一致，CPU從緩存讀取數(shù)據(jù)比CPU在內存上讀取快得多，從而提升系統(tǒng)性能。當然，由于CPU芯片面積和成本等原因，緩存都很小。目前主流級CPU都有一級和二級緩存，高端的甚至有三級緩存。TDP熱設計功耗：以前的盒裝CPU標有TDP熱設計功耗TDP的是“Thermal Design Power”的簡稱，即

9、“熱設計功耗”，它指的是CPU達到負荷最大的時候釋放出的熱量，單位是瓦特，它主要是給散熱器廠商的參考標準。高性能CPU同時也帶來了高發(fā)熱量，例如Phenom II X4 965，其TDP達到了140W，而主流級的Athlon II X2 250只有65W，對散熱器的要求顯然不同。值得注意的是，CPU的TDP并不是CPU的實際功耗，CPU的實際功耗是通過初中學的物理知識來計算的：功率（P，單位W）電流（I，單位A）x 電壓（U，單位V）。不要把TDP看成CPU的實際功耗，CPU的實際功耗必然小于TDP的。3、提高工作效率：多媒體指令和虛擬化技術多媒體指令集：通過CPU-Z等工具可查看CPU支持的

10、指令集MMX、3DNOW!和SSE均是CPU的多媒體擴展指令集，它們對CPU的運算有加速作用，前提是需要軟件支持。如果軟件對CPU的多媒體指令集有優(yōu)化，那么CPU的運算速度會有進一步提升。對于普通用戶而言，目前用得最多的多媒體指令是SSE系列，現(xiàn)在已經發(fā)展到SSE4（分為SSE4.1和SSE4.2兩個部分）了。多媒體指令需要軟件支持才能體現(xiàn)它的優(yōu)勢雖然多媒體指令的普及速度相對較慢，但隨著時間的推移，支持新指令的軟件和游戲會越來越多，例如現(xiàn)在大部分游戲和軟件均需要SSE、甚至SSE2指令支持，否則是運行不了。值得一提的是，AMD CPU支持的SSE4A和Intel CPU支持的SSE4是不完全相

11、同的，可以這樣簡單理解：AMD SSE4A是Intel SSE4的簡化版，主要是精簡了為Intel CPU優(yōu)化的部分。虛擬化技術：Windows 7中安裝XP模式，需要CPU的虛擬化技術支持CPU的虛擬化技術（Virtualization Technolegy，簡稱VT）就是單CPU模擬多CPU，并允許一個平臺同時運行多個操作系統(tǒng)，而應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高工作效率。在Windows 7中安裝XP模式就是一個很好的例子，當需要使用XP時直接調用，不需要重啟切換系統(tǒng)，這點對于程序員來說是非常有用的。雖然虛擬化可以通過軟件實現(xiàn)，但是CPU硬件支持的話，執(zhí)行效率會

12、大大提升，也可以支持64位操作系統(tǒng)，其中Windows 7的XP模式則是必須要CPU的虛擬化技術支持。目前Intel/AMD絕大部分CPU都支持虛擬化技術，但對于普通用戶而言，虛擬化技術沒有實質作用。如果要用到虛擬化技術，需要先在BIOS開啟該技術。節(jié)能技術：CPU節(jié)能技術，空閑時自動降低頻率隨著CPU的性能越來越強大，也帶來了更高的功耗，為減少CPU在閑置時的能量浪費，Intel和AMD均不約而同地為CPU添加節(jié)能技術。Intel方面，采用的節(jié)能技術叫“Enhance Intel SpeedStep Technology”，簡稱EIST，雖然經過多次增強優(yōu)化，但名字始終沒變。而AMD的節(jié)能技

13、術則是“Cool n Quiet”，現(xiàn)在已經發(fā)展到3.0版。簡單來說，它們均是在CPU空閑時自動降低CPU的主頻，從而降低CPU功耗與發(fā)熱量，達到節(jié)能目的。節(jié)能技術需要在BIOS開啟無論是Intel還是AMD的節(jié)能技術，均需要在BIOS開啟才有效，找到類似EIST（Intel CPU）或CnQ（AMD CPU）的選項進行開啟即可。4、兩大特色技術：超線程和睿頻加速超線程技術和睿頻加速技術可以說是Intel CPU兩大特色技術，下面我們?yōu)榇蠹医榻B兩種技術。Hyper-Threading，超線程技術：Hyper-Threading，超線程技術在前面我們已提到過超線程技術，本節(jié)我們將作詳細介紹。超線

14、程技術（Hyper-Threading，簡稱HT），最早出現(xiàn)在2002年的Pentium 4上，它是利用特殊的硬件指令，把單個物理核心模擬成兩個核心（邏輯核心），讓每個核心都能使用線程級并行計算，進而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件，減少了CPU的閑置時間，提高CPU的運行效率。Core i7/i5/i3再次引入超線程技術，使四核的Core i7可同時處理八個線程操作，而雙核的Core i5 600、Core i3也可同時處理四線程操作，大幅增強它們多線程性能。超線程技術使Core i7四核CPU擁有八個邏輯內核超線程技術只需要消耗很小的核心面積代價，就可以在多任務的情況下提供顯著的性能提升，比起完全

15、再添加一個物理核心來說要劃算得多。相比Pentium 4的第一代HT，Core i7/i5/i3的優(yōu)勢是有更大的緩存和更大的內存帶寬，能更有效地發(fā)揮多線程的作用。根據(jù)評測結果顯示，支持Core i7/i5/i3開啟HT后，多任務性能提升20-30%。Turbo Boost，睿頻加速技術：Turbo Boost，睿頻加速技術Turbo Boost是一種動態(tài)加速技術，基于Nehalem架構的電源管理技術，通過分析當前CPU的負載情況，智能地完全關閉一些用不上的核心，把能源留給正在使用的核心，并使它們運行在更高的頻率，進一步提升性能；相反，需要多個核心時，動態(tài)開啟相應的核心，智能調整頻率。這樣，在不影響CPU的TDP（熱設計功耗）情況下，能把各核心的頻率調得更高。單核渲染時，Turbo Boost使主頻從2.93G提升到3.2G舉個簡單的例子，如果某個游戲或軟件只用到一個核心，Turbo Boost技術就會自動關閉其他三個核心，把正在運行游戲或軟件的那個核心的頻率提高，從而獲得最佳性能。但與超頻不同，Turb