简单介绍CPU是什么

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简单介绍CPU是什么

2023-04-06 22:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

了解或者选购一款CPU时,我们会看到一大堆参数对CPU进行描述,但是对于刚接触电脑硬件的人来说,每一个参数都看不懂,这些描述就失去了意义,甚至CPU本身是什么意思很多人都不知道,希望通过这篇文章来解决这些问题。

CPU是什么?CPU是英文central processing unit的首字母缩写,即“中央处理器”,是计算机处理数据、运行程序的最终执行单元,是计算机的核心部件,通俗一点说就是用作计算的,好比是人的大脑。

CPU的各项参数是什么意思?主频:指的是CPU的工作频率,频率是单位时间内完成周期性变化的次数(单位为Hz),举个例子,一辆绕城的公交车每隔半小时绕城一圈回到首发站,即完成了一个周期,如果把单位时间定为一小时,那么它的频率就是2。CPU内部工作时,会有一个时钟信号与系统同步工作,它呈现为周期性的脉冲信号,这个脉冲信号出现的次数越多(好比是公交车到达首发站的次数越多),就代表工作的量越多,所以频率越高越好。不过也不能直接就说频率越高性能越强,如果CPU内部架构不同,那么每经过一个时钟周期完成的工作量是不同的,频率更低性能更强这种情况也是存在的,好比是公交车载客的人数不同,某辆车虽然跑的很勤快,但每次载的人数太少,最终运送的总人数不如跑的次数少但每次载客量大的车。所以频率越高性能越强必须保证是同一个架构下才能成立。

现在CPU的主频普遍能达到4GHz以上,像12代酷睿高端型号能达到5GHz以上,是一个非常高的水准,在玩游戏方面有很好的表现(大多数游戏都比较需要高主频)。

基础频率:CPU频率是有一个变动范围的,毕竟不是时时刻刻都需要火力全开,就像开车也不会直接开在最大速度上,基础频率就是一个起始的工作频率。

睿频:基础频率满足不了性能需求,就需要多出一些力,睿频就是把工作频率提上去,通常还会有一个最大睿频的说法,就是指最高能达到的频率,有时也会把最大睿频称为最大加速频率。

锁频:与之相关的有一个超频的概念,厂商制造CPU时会对它运行的频率有一定限制,以保证在消费者手中能够安全的运行,不过这个限制通常会保留一定的余量,如果能把这一部分开发出来,让CPU超出厂商规定的频率运行,就能让性能更进一步,这就是超频。锁频就是指能否超频,锁频的CPU出厂就已经限制死了最高能到达的频率,比如12400F,无论如何都是不能超频的。不锁频的CPU在支持超频的主板上运行,是可以自由的超频的。英特尔酷睿处理器是型号后缀带K的不锁频,即可以超频,其余的都不能超,AMD的锐龙处理器全系都不锁频,只要主板支持,都可以超频。

核心数:CPU的内核数量,数量越多参与工作的单元就越多,当然是越多越好。现在普遍做到了4核、6核、8核乃至十几核。4核相对低端,是酷睿i3及以下的型号的规格,6核和8核是市场主流,比如热门i5 12400、R5 5600X、R7 5800X等型号,这个核心数能满足大多数人玩游戏、日常使用、中轻度办公的需求,十几核则是锐龙R9系列和酷睿i7、i9系列等高端型号,适合游戏发烧友和视频剪辑、渲染等工作。

性能核&效能核:这是在12代酷睿发布以后才带来的概念,实际上就是采用了大小核的设计,但英特尔不认为自己的“小核心”是传统意义上性能孱弱的小核,而是节能的“效能核心”。性能核心就是大核,英文缩写为P-Core,效能核心就是小核,英文缩写为E-Core。

线程数:与之相关的有一个“超线程技术”,超线程技术能将一个核心在软件层面模拟成两个使用,所以拥有超线程技术的CPU线程数可以达到核心数的两倍,比如9400F是6核6线程,10代酷睿加入超线程技术后10400F是6核12线程,能提升一定的多核性能,当然也是越多越好。不过线程数不能理解为翻倍的性能,毕竟只是将一个核心的“余力”开发出来。

制程工艺:常常听到什么14nm、7nm、5nm工艺,表示的是集成电路的蚀刻尺寸,决定了晶体管的栅极宽度,数字越小越先进,制程工艺的提升能显著的增加晶体管密度,提升性能的同时还能降低芯片的功耗和发热。起初这个数值与硬件层面上的尺寸是相符的,但后来渐渐沦为一个营销的数字,特别是三星和台积电宣称的工艺都是有水分的,英特尔10nm工艺在晶体管密度上反而优于台积电7nm。现在还出现了一个有趣的叫法,英特尔不好意思像其他厂商那样虚标制程工艺,但又觉得自己在宣传上很吃亏,于是将自己家的10nm工艺对外宣传为不带nm单位的intel7工艺(傲娇脸),12代酷睿处理器的制程工艺就是这样命名的。

架构:指厂商对CPU设定的一种规范,CPU的架构从大的层面上讲,只有那么几种,特别是普通消费者领域能接触到的只有X86架构和ARM架构,台式电脑的CPU使用的就是X86架构,X86架构属于“复杂指令集”,表现出来的特性就是像台式机那样复杂、高性能、高功耗;ARM架构属于“精简指令集”,采用ARM架构的则是手机这种移动设备的CPU,表现出来的特性就像手机那样简约、方便、低功耗。X86做不到ARM的低功耗,ARM难以做到X86的高性能。苹果之前的M1芯片之所以具有革命性的意义,就是首次将ARM架构的处理器大规模的在桌面端系统上使用,在低功耗的前提下做到了不俗的性能。对于CPU厂商自己内部的产品而言,还存在一个微架构,为了提升CPU的工作效率,总是不断的在研究出新架构,大多数时候采用新架构的CPU都能比前代有很大的提升,所以每次厂商也会像外界大力宣传自己的架构,比如常常听到AMD锐龙处理器的Zen架构,目前锐龙5000系列处理器的Zen3架构性能表现就很好。英特尔的命名相对乱很多,笔记本和台式机会区分开,而且每一代的命名规则也不一定相同,具体就不深究了,目前12代酷睿处理器采用的是Alder lake架构。

缓存:运行程序时,数据一般放在内存中,CPU运算就需要从内存调用数据,但是CPU的运算速度比内存快得多,这样内存的低速会严重拖累CPU的工作效率,所以就有了缓存这个东西,速度比内存快很多,是设计在CPU内部的,相当于CPU和内存的中转站,通常分为一级、二级和三级缓存,数字越小速度越快,成本也是越来越高的,一级缓存通常只会配备几百K,而且本身非常复杂,与CPU架构息息相关,所以一般不会被厂家展示出来,大家也很少讨论这个东西;二级缓存和三级缓存讨论的要多一些,尤其是三级缓存,通常不强调几级,直接说缓存时默认讨论的就是三级缓存(也会写作L3或L3 cache),三级缓存容量能从几兆到数十兆不等,比如AMD就一直采用大容量三级缓存的设计思路,近两年市场火热的5600X配备了32M的三级缓存,大容量的三级缓存可以让CPU尽量不去内存中寻找数据,这样在数据交换极为频繁迅速的场景中可以显著提升CPU的效率,比如对玩游戏的提升就很大。(当然也无需迷信三级缓存容量,CPU本身的架构才是最重要的)

功耗(TDP):处理器是用半导体材料蚀刻成的集成电路,本质上就是一个电器,运行时肯定会耗电和发热,这个功耗与其他电器的功耗没什么不同。TDP是“热设计功耗”的英文首字母缩写,由于CPU体质、负载状态的不同,工作时的功耗差异很大,所以TDP并不能直接认为是CPU的运行功耗,仅仅只能做一个参考值,如果超频使用,功耗高出TDP很多也是完全有可能的。处理器工作时绝大多数的电能都转化为了热能,所以给一个功耗数值之后,我们既能拿它来参考电源的选择,也能用于参考散热器的选择。桌面端处理器的功耗一般在数十瓦到两三百瓦不等,在性能够用的前提下越低越好,更加省电,对散热器的要求也更低。

接口:指CPU的插槽类型,与CPU的封装方式有关,封装方式主要有LGA、PGA、BGA三种,英特尔处理器封装方式就为LGA封装,再根据针脚数的不同,在后面加上不同的数字就可以表示CPU接口了,比如10代酷睿、11代酷睿都为LGA1200接口,12代酷睿则是LGA1700接口。AMD近几年的锐龙系列都为PGA封装,不过AMD并不会像英特尔那样命名,而是直接赋予一个代号,从初代锐龙到锐龙5000系列处理器都叫AM4接口,据说下一代将会更换为AM5接口,而且封装方式将改为与英特尔一样的LGA封装。还有一种BGA封装则是笔记本电脑、手机那种将芯片焊死在主板上的方式。所以到这也可以知道为啥主板和CPU必须匹配,相差几代或者不同品牌的CPU连接口都完全不一样,又如何正常工作呢。

PCIe通道:是CPU连接其他设备的通道,比如和显卡、硬盘等交互数据时就需要走PCIe通道,普通的CPU只有16或20条,不过主板也能提供PCIe通道,所以通常无需去在意CPU的PCIe通道数,同一代的CPU和主板以及其他配件厂商都会帮你设计好,只需要在意一个版本的问题,如果CPU支持的PCIe版本较高,主板支持的较低,那么就会受到限制,比如5600X搭配B450主板,CPU是支持PCIe4.0的,但B450主板不支持PCIe4.0,这样的结果就是主板的显卡插槽和硬盘插槽都只能支持到PCIe3.0。PCIe通道的问题,CPU这边往往无需担心,从主板的角度考虑更有实际意义。

内存支持:CPU对能够搭配的内存都是有限制的,内存支持更多需要在意的是第几代的问题,比如支持DDR4还是DDR5,不同代的内存接口都不一致,如果买错是完全不能使用的,频率的问题倒不用太过在意,现在除了低端的H系列主板、A系列主板以外,其余都支持内存超频,能无视这个频率的限制。CPU对内存容量的支持也是有限的,不过通常给出的量足够绝大多数人使用,近几年的CPU大多可以支持到128G的容量,很少有人的需求会超过这个限制。

核显:CPU内部自带的显卡。任何的图形处理工作都需要显卡来支持,不过有一些使用场景对显卡性能的需求非常低,这样的话就不需要专门花大价钱配备一个独立显卡了,核显的作用就是如此,用它来起到一个点亮屏幕、显示桌面的功能就好,对于一般的上网、处理文档、视频播放等需求通过核显就能满足,甚至随着核显的进步,现在已经能够用核显玩一些性能要求不高的游戏了,比如5600G仅靠核显就能畅玩大多数网游。英特尔的核显通常以UHD来命名,后面加上数字以区分高中低端,十二代UHD770、UHD750、UHD730就刚好对应高中低三挡。

CPU本身是一个极为复杂的产品,涉及的概念和原理很多,不可能三言两语就能完全讲清楚,但如果理解了上面的概念,至少在看到CPU商品页面的参数时,能大致理解说的是什么意思,也能对CPU的好坏有一个基本的判断。



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