出處：pconline 2010年02月22日 作者：Hero Fan 責(zé)任編輯：fanjunhui
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，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(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(chǔ)知識，讓大家對CPU有新的認(rèn)識。
1、CPU的最重要基礎(chǔ)：CPU架構(gòu)
CPU架構(gòu)：
CPU架構(gòu)，目前沒有一個權(quán)威和準(zhǔn)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)。
更新CPU架構(gòu)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(gòu)。近幾年比較著名的X86微架構(gòu)有Intel的Netburst（Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem（Core i7/i5/i3系列），以及AMD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom系列）、K10.5（Athlon II/Phenom II系列）。
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(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)。AMD方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：
我們常說的CPU制作工藝是指生產(chǎn)CPU的技術(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CPU：
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(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。
64位CPU的優(yōu)勢，需要64位操作系統(tǒng)和64軟件支持
2、決定CPU性能的參數(shù)：頻率、核心數(shù)、緩存
除了CPU架構(gòu)外，決定CPU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(shè)計功耗也是網(wǎng)友關(guān)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(biāo)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(biāo)，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(yuǎn)遠(yuǎn)超出內(nèi)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(guān)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(yīng)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(wù)的，一般情況下它們是1:1對應(yīng)關(guān)系，也就是說四核CPU一般擁有四個線程。但I(xiàn)ntel引入超線程技術(shù)后，使核心數(shù)與線程數(shù)形成1:2的關(guān)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(wù)、多線程性能。關(guān)于超線程技術(shù)，后面將有詳細(xì)介紹。
緩存：
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，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。
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(dá)到負(fù)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(zhǔn)。高性能CPU同時也帶來了高發(fā)熱量，例如Phenom II X4 965，其TDP達(dá)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。
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：
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(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(shù)：
CPU的虛擬化技術(shù)（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(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Windows 7的XP模式則是必須要CPU的虛擬化技術(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)：
CPU節(jié)能技術(shù)，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(shù)。Intel方面，采用的節(jié)能技術(shù)叫“Enhance Intel SpeedStep Technology”，簡稱EIST，雖然經(jīng)過多次增強優(yōu)化，但名字始終沒變。而AMD的節(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(dá)到節(jié)能目的。
4、兩大特色技術(shù)：超線程和睿頻加速
超線程技術(shù)和睿頻加速技術(shù)可以說是Intel CPU兩大特色技術(shù)，下面我們?yōu)榇蠹医榻B兩種技術(shù)。
Hyper-Threading，超線程技術(shù)：
Hyper-Threading，超線程技術(shù)
在前面我們已提到過超線程技術(shù)，本節(jié)我們將作詳細(xì)介紹。超線程技術(shù)（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(shù)，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(shù)使Core i7四核CPU擁有八個邏輯內(nèi)核
超線程技術(shù)只需要消耗很小的核心面積代價，就可以在多任務(wù)的情況下提供顯著的性能提升，比起完全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(nèi)存帶寬，能更有效地發(fā)揮多線程的作用。根據(jù)評測結(jié)果顯示，支持Core i7/i5/i3開啟HT后，多任務(wù)性能提升20-30%。
Turbo Boost，睿頻加速技術(shù)：
Turbo Boost，睿頻加速技術(shù)
Turbo Boost是一種動態(tài)加速技術(shù)，基于Nehalem架構(gòu)的電源管理技術(shù)，通過分析當(dāng)前CPU的負(fù)載情況，智能地完全關(guān)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(yīng)的核心，智能調(diào)整頻率。這樣，在不影響CPU的TDP（熱設(shè)計功耗）情況下，能把各核心的頻率調(diào)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(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的最大功耗。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Intel的Core i7/i5支持睿頻加速技術(shù)，有消息指AMD今年發(fā)布的Phenom II X6六核也會引入類似技術(shù)。
總結(jié)：通過本次的CPU基礎(chǔ)知識充電，相信大家對CPU又有了進一步的認(rèn)識，但科技的發(fā)展可謂日新月異，尤其是CPU，必須時常充電、武裝自己，才能走在科技的前面。如果你有任何疑問或建議，歡迎在評論區(qū)留言。
