CPU,全称“Central Processing Unit”,中文名为“中央处理器”,在大多数网友的印象中,CPU只是一个方形配件,正面是金属盖,背面是一些密密麻麻的针脚或触点,可以说毫无美感可言。但在这个小块头的东西上,却是汇聚了无数的人类智慧在里面,我们今天能上网、工作、玩游戏等全都离不开这个小小的东西,它可谓是小块头有大智慧。
作为普通用户、网友,我们并不需要解读CPU里的所有“大智慧”,但CPU既然是电脑中最重要的配件、并且直接决定电脑的性能,了解它里面的部分知识还是有必要的。下面笔者将给大家介绍CPU里最重要的基础知识,让大家对CPU有新的认识。
CPU架构
CPU架构,目前没有一个权威和准确的定义,简单来说就是CPU核心的设计方案。目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构,而个人电脑上的CPU架构,其实都是基于X86架构设计的,称为X86下的微架构,常常被简称为CPU架构。更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率,但也需要投入巨大的研发成本,因此CPU厂商一般每2-3年才更新一次架构。
制造工艺:
我们常说的CPU制作工艺是指生产CPU的技术水平,改进制作工艺,就是通过缩短CPU内部电路与电路之间的距离,使同一面积的晶圆上可实现更多功能或更强性能。制作工艺以纳米(nm)为单位,目前CPU主流的制作工艺是45nm和32nm。对于普通用户来说,更先进的制作工艺能带来更低的功耗和更好的超频潜力。
32位与64位CPU:
32/64位指的是CPU位宽,更大的CPU位宽有两个好处:一次能处理更大范围的数据运算和支持更大容量的内存。对于前者,普通用户暂时没法体验到其优势,但对于后者,很多用户都碰到过,一般情况下32位CPU只支持4GB以内的内存,更大容量的内存无法在系统识别(服务器级除外)。于是就有了64位CPU,然后就有了64位操作系统与软件。
目前所有主流CPU均支持X86-64技术,但要发挥其64位优势,必须搭配64位操作系统和64位软件。遗憾的是目前主流的软件和游戏均是基于32位开发的,采用64位系统难免会有一些兼容性问题,而直接采用64位开发的风险较高,这也是64位在过去7年一直不能普及的原因,但未来64位一定会取代32位成为主流的。
除了CPU架构外,决定CPU性能的几个重要参数还有频率、核心数、线程数以及缓存。TDP热设计功耗也是网友关注的参数,下面将为大家介绍这几样参数。
主频、倍频、外频、超频:
CPU主频,就是CPU运算时的工作频率,在单核时代它是决定CPU性能的最重要指标,一般以MHz和GHz为单位,如Phenom II X4 965主频是3.4GHz。说到CPU主频,就不得不提外频和倍频,由于CPU发展速度远远超出内存、硬盘等配件的速度,于是便提出外频和倍频的概念,它们的关系是:主频=外频x倍频。而我们常说的超频,就是通过手动提高外频或倍频来提高主频。
虽然提高频率能有效提高CPU性能,但受限于制作工艺等物理因素,早在2004年,提高频率便遇到了瓶颈,于是Intel/AMD只能另辟途径来提升CPU性能,双核、多核CPU便应运而生。目前主流CPU有双核、三核和四核,八核、千核也将发布。
其实增加核心数目就是为了增加线程数,因为操作系统是通过线程来执行任务的,一般情况下它们是1:1对应关系,也就是说四核CPU一般拥有四个线程。但Intel引入超线程技术后,使核心数与线程数形成1:2的关系,如四核Core i7支持八线程(或叫作八个逻辑核心),大幅提升了其多任务、多线程性能。关于超线程技术,后面将有详细介绍。
缓存:
缓存,Cache,它也是决定CPU性能的重要指标之一。为什么要引入缓存?在解释之前必须先了解程序的执行过程,首先从硬盘执行程序,存放到内存,再给CPU运算与执行。由于内存和硬盘的速度相比CPU实在慢太多了,每执行一个程序CPU都要等待内存和硬盘,引入缓存技术便是为了解决此矛盾,缓存与CPU速度一致,CPU从缓存读取数据比CPU在内存上读取快得多,从而提升系统性能。当然,由于CPU芯片面积和成本等原因,缓存都很小。目前主流级CPU都有一级和二级缓存,高端的甚至有三级缓存。
超线程和睿频加速
超线程技术:
在前面我们已提到过超线程技术,本节我们将作详细介绍。超线程技术(Hyper-Threading,简称HT),最早出现在2002年的Pentium 4上,它是利用特殊的硬件指令,把单个物理核心模拟成两个核心(逻辑核心),让每个核心都能使用线程级并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件,减少了CPU的闲置时间,提高CPU的运行效率。Core i7/i5/i3再次引入超线程技术,使四核的Core i7可同时处理八个线程操作,而双核的Core i5 600、Core i3也可同时处理四线程操作,大幅增强它们多线程性能。
超线程技术只需要消耗很小的核心面积代价,就可以在多任务的情况下提供显著的性能提升,比起完全再添加一个物理核心来说要划算得多。相比Pentium 4的第一代HT,Core i7/i5/i3的优势是有更大的缓存和更大的内存带宽,能更有效地发挥多线程的作用。根据评测结果显示,支持Core i7/i5/i3开启HT后,多任务性能提升20-30%。
睿频加速技术:
Turbo Boost是一种动态加速技术,基于Nehalem架构的电源管理技术,通过分析当前CPU的负载情况,智能地完全关闭一些用不上的核心,把能源留给正在使用的核心,并使它们运行在更高的频率,进一步提升性能;相反,需要多个核心时,动态开启相应的核心,智能调整频率。这样,在不影响CPU的TDP(热设计功耗)情况下,能把各核心的频率调得更高。
总结:通过本次的CPU基础知识充电,相信大家对CPU又有了进一步的认识,但科技的发展可谓日新月异,尤其是CPU,必须时常充电、武装自己,才能走在科技的前面。