「电脑知识科普系列」1.电脑的心脏-CPU

现如今，电脑已经完全的融入我们社会，成为了我们生活中必须的一部分，无论是工作还是娱乐，都能见到它们的身影。然后我们每天都在用电脑，那我们对电脑的了解多吗？这里开始，我会根据自己的计算机相关知识，及对电脑的理解，从介绍、选型、使用、养护、注意事项等多方面，带大家逐步深入了解它。这一期带来的是计算机的心脏-CPU。

1. 什么是CPU？

CPU全称central processing unit及中央处理器，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

在计算机体系结构中，CPU 是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元） 进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。CPU 是计算机的运算和控制核心。计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。

2. CPU的参数

2.1. 制作工艺：例如10纳米

是指在生产处理器的过程中，集成电路的精细度，也就是说精度越高，生产工艺越先进。在同样的体积下可以塞进更多电子元件，处理器的性能更强，功耗更低。

2.2. 插槽类型：例如LGA 1151

CPU插槽主要分为Socket、Slot这两种，就是用于安装CPU的插座。采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等，应用广泛的CPU接口一般为针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。这里的LGA1151是指LGA型1151针数。

注：Intel处理器采用触点设计，主板插槽的防呆接口全部在CPU的周围。通过形状不规则的主板插槽，可以避免CPU放置错误的事情发生,但也需要对好缺口安装，以免压坏触电。

AMD处理器全部采用针脚式设计，其防呆接口多利用插槽中不同的针脚排列。通过排列不均匀的防呆接口，起到了防止CPU安装错误的作用，因此安装AMD处理器的时候主要注意以上防呆设计标示。

2.3. CPU主频：例如3.6GHz

CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。通常所说的某某CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。很多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系（也就是说现今CPU主频的高低不会直接影响CPU运算能力，并不是说对运算能力没影响。只是因为现今CPU主频再低，也比其他硬件频率如内存高的多）。

CPU的主频不代表CPU的速度，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。举个例子来说，假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令，那么当CPU运行在100MHz主频时，将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半，也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半，自然运算速度也就快了一倍。只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度，还与其它各分系统的运行情况有关，只有在提高主频的同时，各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后，电脑整体的运行速度才能真正得到提高。

频率与速度

频率与速度的关系：一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快了。不过由于各种CPU的内部结构也不尽相同，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。但CPU主频的高低可以决定电脑的档次和价格水平。以Pentium 4 2.0为例，它的工作主频为2.0GHz，这说明了什么呢？

具体来说，2.0GHz意味着每秒钟它会产生20亿个时钟脉冲信号，每个时钟信号周期为0.5纳秒。而Pentium 4 CPU有4条流水线运算单元，如果负载均匀的话，CPU在1个时钟周期内可以进行4个二进制加法运算。

这就意味着该Pentium 4 CPU每秒钟可以执行80亿条二进制加法运算。但如此惊人的运算速度不能完全为用户服务，电脑硬件和操作系统本身还要消耗CPU的资源。但Athlon XP处理器采用了PR标称方式，AMD公开的266MHz前端总线频率的Athlon XP处理器标称频率和实际频率的转换计算公式如下：标称频率=3×实际频率/2-500 实际频率=2×标称频率/3+333 例如，Athlon XP 2100+的实际频率为1733MHz=2×2100/3+333。

阿萨德

2.4. CPU动态加速频率:例如5GHz

动态加速即是指turbo boost 睿频加速，用这种方式使处理器的频率提升是不需要任何手动设置的，CPU在任务繁忙的时候，这个处理器会自动提速到指定的频率(一般不高)如I7 2600K，主频3.4G最大睿频3.8G，当然是要有睿频功能的CPU才会动态加速，而超频指的是人为的手动设置。

2.5. CPU核心数：例如8核心

CPU核数，即指的是CPU内核数量。CPU内核是CPU的重要组成部件，由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由内核执行。

常见的CPU核数有双核、四核、六核、八核、十二核等。在内核频率、缓存大小等条件相同的情况下，CPU内核数量越多，CPU的整体性能越强。比如3.8GHz的6核CPU就比3.8GHz的双核CPU性能要强。

2.6. CPU线程数：例如16线程

是一种逻辑的概念，简单地说，就是模拟出的CPU核心数。比如，可以通过一个CPU核心数模拟出2线程的CPU，也就是说，这个单核心的CPU被模拟成了一个类似双核心CPU的功能。

有的CPU是4核4线程，及为单线程技术；有的CPU是8核16线程即为超线程技术；

CPU的线程数概念仅仅只针对Intel的CPU才有用，因为它是通过Intel超线程技术来实现的，最早应用在Pentium4上。如果没有超线程技术，一个CPU核心对应一个线程。所以，对于AMD的CPU来说，只有核心数的概念，没有线程数的概念。

CPU之所以要增加线程数，是源于多任务处理的需要。线程数越多，越有利于同时运行多个程序，因为线程数等同于在某个瞬间CPU能同时并行处理的任务数。 因此，线程数是一种逻辑的概念，简单地说，就是模拟出的 CPU 核心数。一个核心最少对应一个线程，但英特尔有个超线程技术可以把一个物理线程模拟出两个线程来用，充分发挥 CPU 性能，即一个核心可以有两个到多个线程。

2.7. CPU缓存：例如三级缓存16MB

在计算机系统中，CPU高速缓存（英语：CPU Cache，在本文中简称缓存）是用于减少处理器访问内存所需平均时间的部件。在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于CPU寄存器。其容量远小于内存，但速度却可以接近处理器的频率。

当处理器发出内存访问请求时，会先查看缓存内是否有请求数据。如果存在（命中），则不经访问内存直接返回该数据；如果不存在（失效），则要先把内存中的相应数据载入缓存，再将其返回处理器。

2.8. CPU功耗：例如95W

及CPU的功耗，这个没啥好说的，CPU的性能和功耗在同工艺下成正比，发热量也与功耗大小成正比。

3. 如何看型号识别CPU的性能？

3.1. Intel

Intel有很多不同的产品，Core酷睿、Pentium奔腾、Celeron赛扬、Xeon至强、Atom凌动等。Core酷睿主流，Pentium奔腾高端（以前），Celeron赛扬低端，Xeon至强服务器，Atom凌动平板。

图片来源于网络

1、i3/i5/i7/i9这是CPU的等级，通常等级越高性能越好，但也不绝对，可以看一下天梯图。

2、CPU等级后面（i3/i5/i7/i9）会跟着4个数，而这四位数的第一个数字代表着版本，比如i5-8XXX，就是代表这i5系列的第8代版本了。

3、cpu版本后面的3位数字就是代表这Intel SKU型号，而数字越是大，那么就是型号就越新，那么性能自然也就越好了，当初性价比最好的i5-8600的性能就比i5-8500的新能高上许多，而这个也就只是一个数字的差别。

4、cpu的最后一位就比较特殊了，不带字母的就不用管了，是一张普通的cpu，而那些带字母的有着一些其他含义：

字母M：代表标准电压cpu是可以拆卸的；

字母Y：超低电压版本，省电，性能不好；

字母U：低电压版的笔记本CPU，目前主流笔记本经常采用；

字母H：高性能标准电压处理器，是焊接的，不能拆卸；

字母K：代表不锁倍频的处理器；

字母X：代表高性能，可拆卸的；

字母Q：代表至高性能级别；

字母MQ：标准电压至高性能处理器；

字母HQ：四核标准电压封装，不能拆卸；

字母MX：标准电压高性能处理器；

字母QM：至高性能标准电压处理器；

字母XM：高性能标准电压处理器。

3.2. AMD

锐龙处理器有不同的系列，Ryzen Threadripper锐龙线程撕裂者、EPYC霄龙、Ryzen锐龙、Ryzen Pro锐龙Pro。

而在这当中Ryzen是最为常见的，也是最多人买的，Ryzen Pro是针对商业用的安全性能高，但是不是用来游戏的没有性能，而Ryzen Threadripper是用来跑分的，核心超多，同样价格也就超多了。

1. 锐龙和因特尔一样是有3/5/7的级别划分。

2. 第一个数字也是很老套的代表几代处理器，比如5700X就是五代，7700X就是七代。代数后的三个数字也还是SKU型号，数字大的性能好。

3. 后缀比Intel少很多了。

字母X：支持XFR技术，自适应动态扩频，频率的最大值受到散热器散热效果而变化，散热器越强，频率跟高。

字母G：AMD的CPU通常不带核心显卡，所以只有带有字母G的AMD处理器，才有核心显卡，也就是常说的APU，集成Vega显卡。

字母U：笔记本上常见的AMD处理器，集成Vega核显，一般在轻薄本上常见。

4. CPU闲谈

4.1. i7 10710U性能不如i3 9100F？

事实上i7 10710U性能确实不如i3 9100F，虽然i7 10710U是6核12线程，但是主频仅为1.1GHz，功耗15W，多用于高端商务笔记本电脑，主打低功耗超长续航；而i3 9100F是桌面级处理器，为4核4线程，却有3.6GHz高的主频，65W的功耗加上台式机的散热加持， 作战能力是优于i7 10710U的。

4.2. CPU的扇热有多重要？如何进行维护？

CPU是电脑里发热量最大的元器件了，CPU在运行时的发热量远超出我们的想象，一颗没有安装散热器的CPU很可能在按下开机键以后几分钟中就烧毁，有的甚至在没开机之前就挂掉了，有一套好的CPU散热系统可以让CPU发挥出它该有的性能，更高更快的运行速度，更强的持续作战能力。

CPU的发热量也是和CPU的功耗相关，当我们电脑在运行时，高负荷的运算下，如果CPU所发的热量没有合理被释放掉，造成CPU温度过高，先是计算机自动识别，加快风扇转速，如果依旧不能进行合理散热，电脑将逐渐出现卡顿，当超过CPU的承载范围时，电脑会自动关闭，甚至有可能损坏CPU。这也就是为什么很多游戏电脑都要加装水冷系统的原因了。

我们应经常对电脑的散热系统进行维护，如果是风冷散热，我们可以定期清理风扇上的灰尘，保证风扇的风量足够大，如果的水冷，我们可以定期检查水泵的运行情况，流量是否正常。当然还有一项是CPU散热硅脂，它的作用是为了让CPU与散热器的接触面能够紧密的贴合，在更换CPU散热硅脂时要注意，硅脂不需要太厚，薄薄的一层即可，可以用卡片刮匀。

4.3. 如何延长CPU的寿命？

其实CPU是是电脑故障率最低的部件之一，我们平时正常进行使用就可以，尽量避免CPU高负荷运行（长时间让CPU使用率超过80%），保证CPU的散热，一颗CPU运行10年之久是没问题的。

4.4. 怎样选型购买到性价比高的CPU？

对于CPU的性能参考，我们可以直接用CPU天梯图进行查看，在购买时，我们可以选择同性能下比较旧的型号，很多厂商为了清库存，会把价格压的很低。例如：i7 3930X与i7 7700K；我们还可以选择同性能下较低端系列的，例如：i5 8400约1200元，而同性能的i7 7700K约2800元。我们可以多查一查，多比一比。友情提示，同性能的AMD笔记本电脑要比Intel笔记本便宜很多。很多厂商卖笔记本电脑以第十代i7作为噱头，价格一万多，其实商务笔记本，第八代i5就足够了，相比之下性能并没有超出那么多。