CPU

Posted 2020-06-27 何惧

CPU （ Central Proassing Unit ），即中央处理器，在整个计算机系统中起最为核心的作用，很大程度上决定了一台计算机的性能。 CPU 的主要工作是处理计算机数据，相当于人的大脑，汽车的发动机。我们广泛提及的 PC 处理器，实际上只是 CPU 家族的一小部分，目前，个人电脑（PC）上的处理器全部是基于x86架构的。 

　　当代主流的 CPU ，每秒钟可执行1亿次至40亿次运算，集成几千万甚至上亿的晶体管；而一块 CPU却仅相当于半张名片大小， CPU 的核心更是像人的指甲一样大，这不得不令人瞠目结舌。 



Intel Pentium D 8xx系列处理器 



AMD Athlon64 939Pin系列处理器 



　　CPU 还带着现代科技的艺术性，明朗的线条，小巧的体积，奇异的造型，无时无刻不向人们阐释着科学的伟大力量。 

二、 CPU 的频率 

　　CPU 的频率主要的主频、外频、倍频、 FSB频率四项，其中，主频是比较常见的，我们说的 P4 2.8GHz P4 3.2GHz ， 2.8GHz 、3.2GHz 指的都是主频，主频是 CPU 在一个时钟周期内执行运算的次数，在同规格下，主频愈高，性能愈强。但是，高主频往往会增大CPU的发热量与功率，影响系统的寿命和稳定性。——切记，不同品牌或不同系列的处理器之间，单纯比较主频毫无意义，因为影响处理器性能的重要因素不只主频一个。 

　　CPU要接在主板上，但动辄几十亿赫兹的主频会使主板承奈不住，所以，CPU就增出了一个“外频”，外频是指 CPU 与主板保持同步的外部工作频率，外频越高，主频和 FSB 频率也越高，性能同样随之增强，目前 CPU 的外频主要有 66MHz、 100 MHz、133 MHz、166 MHz 、和 200 MHz，目前，很多人都在试图为 CPU 超频，他们超的，通常都是外频。 

　　倍频实际上是一个比值，外频×倍频 = 主频。倍频的提升可以增大CPU的主频，但发热量会随之在幅上升。为防止用户超频，经销商作假，现在市面上大部分CPU的倍频已被锁定，不易调节。 

　　FSB ，全名 Front Side Bus, 译作系统前端总线，港台地区还称之为“汇流排”，是 CPU 与外界进行数据沟通的大门。前端总线越大， CPU 的数据传输也迅速。早期 CPU 的 FSB 频率与外频相同，但近期，由于新技术的引入， FSB 频率可提升为外频的 2 倍， 4 倍，甚至更多。值得注意的是，以后有些处理器会整合内存控制器，自身存在一条独立的内存总线，此外还有一条总线（如 Hyper Transport ）与主板相连，那么它的 FSB 应为这两条总线之和。 

三、 CPU 的缓存 

　　CPU 在运算时，必定会产生一些暂时不用但随时有可能需要的指令与数据，这样就需要用缓存存储。 CPU 的缓存就像是 CPU 的草纸一样，起着不可或缺的作用。 

　　CPU 的缓存可分为一级缓存（ L1 Cache ），二级缓存（ L2 Cache ） , 有的还会有三级缓存。一级缓存往往分为对等的指令缓存和数据缓存，容量很小但速度极快。二级缓存比一级缓存慢，但容量则大得多，主要用来存储后备的指令与数据。三级缓存则比二级缓存更大，更慢。 
　　CPU集成的晶体管中，有一半是用来当缓存的。缓存的大小，很大程度上影响了 CPU 的成本与性能。目前，高、低端处理器的差别，就在缓存上，高端的奔腾、速龙和低端的赛扬、闪龙，最主要的区别就是缓存容量不同。比方说， Celeron D的二级缓存是256K，Pentium 4(Northwood) 和 AthlonXP(Bauhon) 的二级缓存是 512K ，Pentium D8xx和Pentium D9xx的二级缓存则达到了2M和4M。 

四、 CPU 的流水线与指令集 

　　CPU 的流水线是指 CPU 中的设计，和我们在工厂中见到的流水线相似，工厂中，流水线越多，生产速度越快，但消耗的人力也越多。CPU较多的流水线有利于提升频率，但对执行效率不利。 

　　指令集可理解为 CPU 会做的工作，拥有完善的指令集，可以使 CPU 的工作效率大幅提升，目前常见的指令集有 MMX，SSE，SSE2，SSE3，3Dnow 等。 Intel CPU 得益于 SSE2 和SSE3指令集，图形图像多煤体性能很强，而 AMD CPU 由于具有 3Dnow 指令集，也拥有极高的运算能力。 

五、 CPU 的制程，功耗与发热量 

　　CPU 的制程，也称 CPU 的制造工艺，关系着 CPU 的功耗，发热量、电气性能。制程越小，对 CPU 频率的提升越有利。目前， CPU 的制程大体是 0.18um 至 0.065um 之间，以后会有 0.045um 以下的制程。 

　　功耗与发热量是越小越好的， CPU 过热会干扰电能和电信号的传导，影响正常运算，使 CPU 寿命缩减，系统不稳定，甚至于直接烧毁处理器和主板。所以，安装电脑时都要在CPU上安置散热器和风扇，有的人还会使用液冷和半导体，更有痴迷超频的人，会用干冰和液氮为 CPU 降温呢！

现在CPU主要指标有 
1，制作工艺（nm）,越低越好，分45nm,65nm,90nm 
2,主频，CPU运算性能的参数， 
3，L2（二级缓存），通俗的话是CPU与北桥进行数据传输，存储，处理的缓冲地带，这里要说明的是，AMD由于工作原理与INTEL的不同，并非先通过L2直接进行各种指令，所以AMD不是很看重L2这一参数。 

4指令集，MMX/SSE/SSE2/SSE3/Sup-SSE3/EM64T等等， 
CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel的MMX（Multi Media Extended）、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集"。 

5，，HyperTransport 
HyperTransport是一种为主板上的集成电路互连而设计的端到端总线技术，它可以在内存控制器、磁盘控制器以及PCI总线控制器之间提供更高的数据传输带宽。HyperTransport采用类似DDR的工作方式，在400MHz工作频率下，相当于800MHz的传输频率。此外HyperTransport是在同一个总线中模拟出两个独立数据链进行点对点数据双向传输，因此理论上最大传输速率可以视为翻倍，具有4、8、16及32位频宽的高速序列连接功能。在400MHz下，双向4bit模式的总线带宽为0.8GB/sec，双向8bit模式的总线带宽为1.6GB/sec；800MHz下，双向8bit模式的总线带宽为3.2GB/sec，双向16bit模式的总线带宽为6.4GB/sec，双向32bit模式的总线带宽为12.8GB/sec。以400MHz下，双向4bit模式为例，带宽计算方法为400MHz×2×2×4bit÷8＝0.8GB/sec。