CPU知識全面講解

1、1/ 15CPU知識全面講解CPU 全稱“Central Processing Unit ，中文名為“中央處理器， 在大多 數(shù)網(wǎng)友的印象中，CPL 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(wǎng)、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(wǎng)友，我們并不需要解讀 CPUS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 CPUS最重要的基礎(chǔ)知識，讓大家對 CPU

2、 有新的認識。1、CPU 的最重要基礎(chǔ)：CPU 架構(gòu)CPU 架 構(gòu)：CPI 架構(gòu)，目前沒有一個權(quán)威和準確的定義，簡單來說就是CPU 核心的設(shè)計方案。目前 CPU 大致可以分為 X86 IA64、RISC 等多種架構(gòu)，而個人電腦上的 CPU架構(gòu)， 其實都是基于 X86 架構(gòu)設(shè)計的， 稱為 X86 下的微架構(gòu)， 常常被簡稱為 CPU 架構(gòu)。pgdwII采用 Nehalem 架構(gòu)的 Core i7/i5:til:til誠n n.IF.IF liBliBi i魚IMwIMwd dI!I! !:!:!比2/ 15更新 CPU 架構(gòu)能有效地提高 CPU 勺執(zhí)行效率， 但也需要投入巨大的研發(fā)成本，因此 CP

3、U 廠商一般每 2-3 年才更新一次架構(gòu)。近幾年比較著名的 X86 微架構(gòu)有In tel 的 Netburst （ Pen tium 4/Pe ntium D 系列）、Core （Core 2 系列）、Nehalem（Core i7/i3 系列），以及 AMD 勺 K8 （Athlon 64 系列）、K10 （Phenom 系 列） 、K10.5 （Athlon II/Phenom II 系列）。Tick-Tock Development Model:Sustsmed Microprocessor Lesdershipinter MknwcNtMtiMaFutuf* InW1MknMKhitK

4、tur MeronnPenrvnSaridWestniereBridgeKWSnmMM1SnmNWHFWJnmTOCKTICKTOCKTICKTUCKIn tel 以 Tick-Tock 鐘擺模式更新 CPU自 2006 年發(fā)布 Core 2 系列后，In tel 便以“ Tick-Tock”鐘擺模式更新 CPU 簡單來說就是第一年改進 CPUX 藝，第二年更新 CPU 微架構(gòu)，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(gòu)其實就是Nehalem 架構(gòu)的工藝改進版，下一代 Sandy Bridge 架構(gòu)將是全新架 構(gòu)。

5、AMDJ 面則沒有一個固定的更新架構(gòu)周期，從 K7 到 K8 再到 K10,大概是 3-4年更新一次。制造工藝:3/ 15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(chǎn) CPU 勺技術(shù)水平，改進制作工藝，就是通 過縮短 CPU 內(nèi)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 CPU4/ 1532/64 位指的是 CPU 位寬，更大的 CPU 位寬有兩個

6、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(nèi)存。對于前者，普通用戶暫時沒法體驗到其優(yōu) 勢，但對于后者，很多用戶都碰到過，一般情況下 32 位 CPU 只支持 4GB 以內(nèi)的 內(nèi)存，更大容量的內(nèi)存無法在系統(tǒng)識別 （服務(wù)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。計？SW1朗闿衣億恵YVindon 7直見悵壓杠耳普e sow亡*忖5就芯IfttriLR CCftCFMJJ 0v CPU42,6OGH22? GHjA.M w-fc-dn uV-MRtwkItiANa -FHI：4 許 J U*u亠占 g 尸nrL+、*P S|r X 峰 4rll.M i

7、amJB*悔檔r Q -*.= gBk-JT簡L-KaWI wDHHH 3t*P ift. QIMH*EJMlWi口沖止即一蘇餌Qi*3C#HlVkAf Q m.fgmnu Qi hMACwwltMM Q 4帯Ei2 u業(yè)I MlbCwiTM rai-KEfl t j-lHr*電itT73二廿H| 聃*MI M li.T-M7/ 15擁有三級緩存（L3 Cache）的 CPU緩存，Cache,它也是決定 CPU 性能的重要指標(biāo)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(nèi)存，再 給 CPU運算與執(zhí)行。由于內(nèi)存和硬盤的速度相比 CPU 實在慢太多了，

8、每執(zhí)行一個 程序 CPU都要等待內(nèi)存和硬盤， 引入緩存技術(shù)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(nèi)存上讀取快得多，從而提升系統(tǒng)性能。 當(dāng)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。QL3CacheCoreOo1n8/ 15以前的盒裝 CPU 標(biāo)有 TDP 熱設(shè)計功耗TDP 的是“ Thermal Design Power ”的簡稱，即“熱設(shè)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(biāo)準。 高性能CPU同時也帶來了高發(fā)熱量，

9、例如 Phenomll X4 965,其TDP 達到了 140W而主流級的 Athlon II X2 250 只有 65V，對散熱器的要求顯然不 同。值得注意的是，CPU 勺 TDP 并不是 CPU 勺實際功耗，CPU 勺實際功耗是通過 初中學(xué)的物理知識來計算的：功率（P,單位 W 二電流（I，單位 A） x 電壓（U, 單位 V。不要把 TDP 看成 CPU 勺實際功耗，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(shù)多媒體指令集:TDP 熱設(shè)計功9/ 15通過 CPU-Z 等工具可查看 CPU 支持的指令集MMX3DN0W! SSE 均是 CPU 的多媒體擴

10、展指令集，它們對 CPU 的運算有力卩速作用，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(jīng)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 旨令z CPU-Z代號插槽工藝系列&型號5歩進252x32 KBytesS-woy2 x 32 KSytes4-way2x25 KBy

11、s4 MBytestfi-rtayClarkdale1 17VSPD|顯卡|矣于CORE _器也押主擾內(nèi)存|融零Intel Care tee 1商標(biāo)Sackst 11S6-LGA衛(wèi)訥米 核右電壓InteK匚crefTM) i& CFHJ661 (ES)指令隼MMX,SE(1, 2,3 3S. 4.1. 4 2). BJ64T. VT.w, AES時鐘犠心軸核七速憧34-5 NHZ倍顛|審g-対廠想絨速度|m7 MJtz - | API LinkS10.9MHZ據(jù)令級級迭擇|處謹器椚核心敎 丁 線程數(shù) L10/ 15支持，否則是運行不了。值得一提的是， AMD CP 支持的 SSE4A 和 In

12、 tel CPU 支 持的 SSE4 是不完全相同的，可以這樣簡單理解： AMD SSE4 是 Intel SSE4 的簡 化版，主要是精簡了為 In tel CPU 優(yōu)化的部分。虛擬化技術(shù):Windows 7 中安裝 XP 模式，需要 CPU 勺虛擬化技術(shù)支持CPU 勺虛擬化技術(shù)（Virtualization Tech no legy ，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(yīng)用程序都可以在相互獨 立的空間內(nèi)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(dāng)需要使用 XP 時直接調(diào)用，不需要重啟切換

13、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)行效率會大大提 升，也可以支持 64 位操作系統(tǒng)，其中 Windows7 的 XP 模式則是必須要 CPU 勺虛 擬化技術(shù)支持。目前 Intel/AMD 絕大部分 CPU 都支持虛擬化技術(shù)，但對于普通用 戶而言，虛擬化技術(shù)沒有實質(zhì)作用。如果要用到虛擬化技術(shù)，需要先在 BIOS 開 啟該技術(shù)。節(jié)能技術(shù):11/ 15CPU 節(jié)能技術(shù)，空閑時自動降低頻率隨著 CPU 勺性能越來越強大，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 勻不約而同地為 CPU 添加節(jié)能技術(shù)。

14、In tel 方面，采用 的節(jié)能技術(shù)叫“ En ha nee Intel SpeedStep Tech nology ”，簡稱 EIST，雖然經(jīng) 過多次增強優(yōu)化，但名字始終沒變。而 AMD 勺節(jié)能技術(shù)則是“ Cool n Quiet ”， 現(xiàn)在已經(jīng)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。KHflkrd Disk Boat PriorityPress Enter!First Boot DeviceCFloppy3Second Boot DeviceHard Disk!Th ird Boat DCMicer

15、cnnaMjPassword ChecRSetupHDDA, R. T. Capabi 1 ityEnabledLinit CPUID MAK. to 3CD isabled!NoExecute Memory Prote匚七EEnabledlCPU Enhanced Hfttt (C1E)(EnabledCZCZE State SupportED isabled|M?*I5HjpF* VWEFITflita4hTfflTa ilfRiirmLiP-MMPF忸斗*IMbrni fli，bWC* in |W 3?aMbI . H J&Ntan zfXM臨i* tJKMin a4 許 J/45Z 二 栄旳TlrfbC密11負滾 TDP號費內(nèi)H.掰報比巳：為匸bntelJ輕廈紗艇化TOP；：性經(jīng)*it J .#Ptbnnllrieu16/ 15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(shù)就會自動關(guān)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，Turbo Boost 是自動完成，也不會改變 CPU 勺 最大功耗。反觀 Core 2 時代，即使是運行只支持的程序，其他核心仍會全速運 行，得不到性能提升的同時，也造成了能源的浪費。目前只有 In tel 的 Core i7