【漠风】电脑科普#1-CPU是什么

2020-03-22 15:29 作者:漠风Mo_Feng_ 0人读过 | 我要投稿

本文章共8726字，仔细阅读需约半个小时

（本专栏所有内容版权归Bilibili：大漠之风Mo_Feng_所有，未经授权，禁止转载）

（本人知识有限，有任何错误欢迎在评论区内指出）

1.0 写在前面

最近，有小朋友问我，说电脑的CPU到底是什么，今天我们就来做一期专栏来讲一次下CPU，在这期专栏中，不带*的部分是最基础的部分，如果想更深入地了解CPU的小伙伴们可以着重学习一下带*的部分，那就开始吧！来吃狗！

1.1 CPU是什么

如果你会用百度，在百度上搜索CPU，你就会得到这样的一大串解释

“中央处理器（CPU，central processing unit）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。CPU 自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。（百度百科）”

你们可能会说：“我能搜到的知识，用你讲个**啊”“爷**看不懂，跟爷说你*呢”

CPU，简单地来说就是电脑中用于计算的一个元器件，他就好比我们人跟别人交流时，大脑的作用。其实电脑的运作就好像我们跟计算机对话，我们输入一些信息，计算机通过处理，得出一些结果，最后通过嘴巴（屏幕）说（显示）出来。

1.2 现在市场上的CPU都有什么

现在，市场上的消费级和服务器CPU主要由两家公司生产，AMD和Intel

1.2.1 Intel——“牙膏厂”(因性能从酷睿六代开始就挤牙膏而得名)

“英特尔是美国一家以研制CPU处理器为主的公司，是全球最大的个人计算机零件和CPU制造商，它成立于1968年，具有51年产品创新和市场领导的历史。（百度百科）”

英特尔现在拥有的处理器系列有：

赛扬（Celeron）：桌面级最低端的处理器，适用于文字办公

奔腾（Pentium）：桌面级低性能处理器，适用于文字办公、小游戏

酷睿(Core)：桌面级高性能处理器系列，分为i3 i5 i7 i9和core m(极低功耗，极低性能)，9、10代全系列可以玩大型游戏

I3：1-7代 2C/4T 8-9代4C/4T 10代4C/8T

I5：1-7代 4C/4T 8-9代6C/6T 10代6C/12T

I7：1-7代 4C/8T 8代6C/12T 9代8C/8T 10代8C/16T

I9：9代8C/16T 10代10C/20T

凌动(Atom)：移动端上网本处理器，性能羸弱，已大部分被酷睿U/H结尾CPU取代

安腾(Itanium)：曾经的最强服务器处理器，现已被至强取代

至强(Xeon)：现役intel服务器处理器系列，流入民用市场的基本为国内外服务器过保淘汰下来的CPU，多核性能极强，单核比酷睿系列稍弱

1.2.2 AMD——“农企”(因am3+、FM等平台的“推土机”“打桩机”而得此戏称)

领军人苏姿丰被称为：“苏妈”

“美国AMD半导体公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器（CPU、GPU、APU、主板芯片组、电视卡芯片等)，以及提供闪存和低功率处理器解决方案，公司成立于1969年。AMD致力为技术用户——从企业、政府机构到个人消费者——提供基于标准的、以客户为中心的解决方案。（百度百科）”

AMD现在拥有的处理器系列有：

羿龙2：性能较弱，适用于文字办公、小游戏等

速龙2：性能较弱，适用于文字办公、小游戏等

FX:高端型号性能凑合，适用于主流游戏

APU：性能较弱，适用于文字办公、小游戏等

Ryzen：AMD全新产品系列，覆盖了所有等级的CPU系列

R3：4C/4T

R5：4C/8T-6C/12T

R7：8C/16T

R9：12C/24T-16C/32T

Athlon：使用zen系列架构，与intel的赛扬和奔腾抢占入门办公影音的市场

Threadripper(线程撕裂者)：8C/16T-64C/128T

Epyc(霄龙)：非骁龙，为amd全新服务器产品系列

1.3 如何查看我的CPU的参数？这些参数都是什么意思？

使用小软件 CPU-Z，打开即可查看参数

1.3.1规格

规格就是处理器的名称，显示了你的CPU的生产商和CPU的型号，可以用这个名称在intel或AMD官网查询更详细的CPU信息

1.3.2 工艺

工艺显示了处理器制造时使用的制程，现最新用于CPU的制成为台积电的7nm，制程数字越大，表示这个CPU使用的制造工艺越落后。使用落后的制程会导致CPU的发热量大，且性能在相同的核心和频率下弱于使用最新的制成的CPU。

1.3.3 TDP

TDP即为CPU在非睿频满载情况下的热设计功耗，这项参数决定了你要为你的CPU配置什么等级的散热器，但是最新的九代和十代酷睿CPU的TDP很多为虚标，因为基础频率过低，导致处理器长期处于睿频状态下，AMD因为使用了最新的7nm工艺，在这方面虚标的情况较少

散热器个人建议方案：（在不虚标前提下）

硅脂U：65W以下随便 95W以下可用玄冰400或t400i等级散热 95W以上建议高端风冷或者直接上水冷，如果还是压不住，开盖换液金

软钎焊U就当作硅脂U处理

硬钎焊U：65W以下随便压 95W以下可用红海mini等级散热 125w以下可用玄冰400等级散热 125W以上建议高端风冷或者直接上水冷

（注：最新intel和AMD CPU建议上高一等的散热器，保证性能发挥）

*1.3.4 CPU的顶盖与CPU核心之间的填充物形式

CPU的顶盖和核心（硅芯片）之间有一定的空间，需要使用导热材料进行填充，才能更好地导出CPU核心的热量，用图示来说就是这样的

*1.3.4.1 硅脂填充

导热效能最差，intel在九代以前的CPU均采用了硅脂填充方式，导致超频后温度表现不理想（核心热量无法很好地导出到散热器让它散掉），如果实在压不住，需要把顶盖打开，并更换液金来加强CPU的核心与顶盖之间的导热效率。

直接用开盖工具开盖或者裁纸刀刮开顶盖和基板之间的胶（小心里面的电容）就可以取下顶盖

开盖后的样子见下面的速龙64 X2开盖图片

*1.3.4.2 软钎焊

导热性能仅强于硅脂，intel在九代和十代CPU上采用的工艺，但是仍然逊于液金填充，如果实在压不住，需要把顶盖打开，并更换液金来加强CPU的核心与顶盖之间的导热效率。

*1.3.4.3 液金

超频玩家自己升级填充物的材料，导热性能仅次于硬钎焊

*1.3.4.4 硬钎焊

用焊锡把CPU核心和顶盖焊接在一起导热性能最强，无需开盖，强行开盖之后会整个损坏CPU（就像下面的奔腾D开盖之后一样）（核心黏在顶盖上，核心从基板上被强行扯下）

（可用热风枪加热顶盖至焊接熔点，安全取下顶盖）

*1.3.5 核心电压

核心电压是指主板给予CPU的供电电压，CPU的实际功耗和这个核心电压息息相关，因为初中物理教过。P=UI，不知道是谁规定的，CPU要运行在更高的频率，就要吃掉更多的电，我们无法控制CPU供电电流，所以只能在超频时拉高电压，使CPU工作在更高的频率下。通过这里，我们就可以看到CPU实时的实际电压是多少。

*1.3.6 步进、修订

步进、修订简单来说就是厂家在生产CPU时，会生产出些用于测试的工程样品，厂家就会在CPU上写上不同的步进和修订的编号，用于区分这是第几次的测试样品。有些正式版的CPU在发售之后，因为修复bug或其他等原因，会更新步进的编号，例如9100f这颗cpu想要在为7/8代CPU设计的主板上，就需要特定步进的CPU，再加上特定带有微码bios，这就显现出了CPU步进的重要性。

1.3.7 指令集

指令集可以为CPU带来在某些方面的极大性能提升，这决定了我们今天可以流畅地看视频等，这里介绍几个非常有用的指令集

1.3.7.1 AVX指令集

AVX指令集分3个版本，为AVX、AVX2、AVX512，即为AVX128、AVX256、AVX512，每一代新的avx指令集都可以带来极大的性能提升（avx2就够日常和游戏使用了，avx512在工程或者超算方面才能带来极大性能提升）

1.3.7.2 SSE/sSSE指令集

SSE/sSSE指令集可以极大的提升CPU在多媒体方面和其他方面的性能，如果缺少某些较新的指令集(sse4.2等)，可能会导致某些新游戏无法启动

1.3.7.3 MMX指令集

MMX指令集在奔腾MMX CPU上第一次出现，提升了CPU的多媒体影音性能，这个指令集主流的CPU都有，写出来的原因主要是这是一个特别有名以及有用的指令集

*1.3.7.4 VT-x指令集

VT-x指令集可以提升CPU的虚拟机性能，一般玩家用不上

1.3.8 核心与线程

核心数是影响CPU多核性能的很大的因素，可以理解成把多个单核的CPU集成在一起，获得多倍的性能，多倍的快乐，双核心的CPU首次出现在intel的“胶水双核”——奔腾D上，

英特尔把两个奔腾四的核心封装在了一个基板上，让两个die（理解成核心或者IO封装成的那种芯片就可以了）从北桥进行数据沟通，导致效率极低，性能不好，发热也大。

几个月后，AMD的Athlon 64 X2，真双核出现了，比英特尔的胶水双核效率高了很多

到了今天，地表最强的X86处理器THREADRIPPER 3990x已经做到了64核心128线程

（这不是胶水64核，中间那个是IO（输入输出）的控制芯片，周围的8个芯片是8个8核16线程的CPU芯片，由中间的io核心控制，相比起奔腾D的北桥控制强得多）

1.3.8.1 单核性能和多核性能

1.3.8.1.1 单核性能

单核性能是程序只使用一个CPU核心的情况下的性能表现，因为很多游戏只是单核优化（对CPU单个核心的占用比较高，这样，游戏的帧数就会受到单核性能的限制），这样就导致了对CPU的单核性能的需求较高

1.3.8.1.2 如何测试CPU的单核性能？

可以使用的软件：SuperΠ、Cinebench R15/20 Advanced CPU Test、CPU-Z自带测试等

多核性能是程序占用CPU全部核心的情况下的性能表现，因为很多程序（如渲染、视频剪辑、3D建模等）是多核优化（对整个CPU都能吃满），所以在这些程序中对CPU的多核性能的需求较高

1.3.8.1.4 如何测试CPU的多核性能？

可以使用的软件：wPrime(八核优化)、Cinebench R15/20、CPU-Z自带测试、Vray Benchmark、Blander Benchmark等

1.3.8.2 超线程

超线程是一种提高CPU性能的技术，首次出现在奔腾4 HT上，如果你见到一颗CPU的线程数是核心数的2倍、4倍，甚至8倍，那么这颗CPU就一定使用了超线程技术。

这么形容吧，一颗CPU的核心，就好比你在写作业，没有超线程的CPU就像是你在用一只手压着书，另一只手拿着笔写作业，而有超线程的CPU就像是你两只手都火力全开地在写作业。虽然理论上你用两只手写作业是你用一只手写作业效率的两倍，但是实际上，你用两只手同时写作业是不可能达到一只手写的两倍效率的。CPU也是一样，超线程开了之后只会提供理论上45%的性能提升，个人实测下来还要低一些，在35%左右。

其实在CPU的制造过程中，CPU核心制造出来的时候，默认就有超线程，没有超线程的CPU都是厂家在生产过程中屏蔽掉的，而不是加上去的。对于超线程，我们不必过度追求，只要性能够用，超线程有没有啥的都无所谓（数框框党除外）

1.3.9 时钟（频率）

1000Mhz=1Ghz

CPU的核心频率是影响CPU性能的很大的因素，在CPU-Z中，显示的频率分为几个部分——总线速度（外频）（以前有FSB）、倍频、核心速度（主频）

在这个方面，大家只需要知道一个公式：主频=外频x倍频，这样就足够了解CPU了。而CPU也分了很多种频率，如基础频率、单核睿频、全核睿频、PBO（AMD处理器的自动超频）、AVX/AVX2/AVX-512睿频

（九代以前的I3和全系列奔腾赛扬均不支持任何睿频加速技术）

*南北桥时期，CPU的外频仅和内存频率绑定，所以超北桥频率来提高外频，放低内存倍频，一样可以做到超频的效果，这对于很多锁倍频的CPU来说是唯一的超频方法。但是当北桥集成进CPU之后，超频总线频率（南桥）会使显卡、硬盘、USB等设备都跟着涨频率，极容易爆炸

1.3.9.1 基础频率

基础频率就是这颗CPU最原始的频率，在这个睿频横行的时代，这个频率已经没什么参考意义了

1.3.9.2 全核睿频

全核睿频就是CPU在全部核心都处于较高负载的情况下，CPU会根据自己的核心温度，来拔高频率（在全核睿频频率的限度下），这就告诉了我们，在CPU满载的时候，温度越低，CPU的睿频潜力就越强，所以对于CPU的散热器选择，不应过于吝啬，也不应过于豪华。

1.3.9.3 单核/双核睿频

单核睿频就是CPU在仅有一个/两个核心处于较高负载的情况下，CPU会自动降低其他核心的频率，甚至关闭一些核心，来拔高单独一个/两个核心的频率。但是这种睿频的要求非常之高，要除了这一/两个核心之外其他所有的核心没有任何一点负载的情况下才能实现，而windows后台难免有那么几个进程在那里捣乱，所以这种睿频很少出现或者无法像全核睿频那样持久。

*1.3.9.4 AVX/AVX2/AVX-512睿频

AVX/AVX2/AVX-512睿频就是处理器在调用AVX指令集的时候的睿频，因为大量使用AVX指令集是对CPU的最极限的负载，所以CPU制造厂商都会设置一些睿频，甚至在使用AVX指令集时降频。这颗I3 4130拥有AVX、AVX2指令集，但是不支持任何睿频加速技术，所以我用aida64单烤FPU（大量使用AVX指令集，模拟极端负载）时，频率可以保持住3.4Ghz。而这颗FX8100拥有AVX指令集，我把它超到了主频3.2Ghz，单核睿频4Ghz，但是超频无法超AVX睿频，所以我在用aida64单烤FPU时，虽然只有四十度，但是频率仅有可怜的2.6Ghz。所以这一方面的睿频是最迷的，也不需要过分在意AVX指令集睿频

1.3.9.5 超频（Overclock，OC）

估计各位经常听到别人说：“买了颗R5 3600，超成性能更强的R5 3600X”，你可能就会想，这样免费的性能提升，我能不能享受呢？

首先，对于AMD CPU使用者来说，先告诉你们一个好消息，FX、Ryzen全系列不锁倍频，进入BIOS，调高CPU电压，再输入倍频，就可以获得免费的性能提升！Intel的CPU，带K/X/KS/KF后缀的CPU都是可以超倍频的！而对于羿龙II等老平台，可以上网去搜索超外频的教程，这里就不多赘述了

这里举个我自己的例子，我的CPU是FX8100，总线速度是200Mhz，默认的倍频是14.5，乘起来就是2.9Ghz，我把全核心的倍频调到15.5，CPU就被我超频到了3.1GHz，如果我把全核心的倍频调到16.5，单核睿频的倍频调到20，最后我就得到了一颗全核3.3Ghz，单核4Ghz的FX8100。超频的计算方法，就是这么简单（现在的主流平台一般的总线频率是100Mhz，所以把倍频除个10就可以马上把主频换算成GHz啦）

超频到底超多少合适？你可以反复地试验不同的电压和主频的搭配，个人建议如果想要稳定用的话，电压不要超过1.35v，频率也不要调到能开机的最高频率，稍微降低一点，保证不会缩肛（一段时间后体质退步，无法在这个频率和电压上开机）

*1.3.10 CPU各级缓存

在CPU-Z中，可以显示当前CPU的各级缓存大小。一级缓存用于存重要的数据和指令，二、三级缓存用于存数据。就好比你做作业，一级缓存中的数据就是你脑子里的知识和手里的笔，二级缓存中的数据就是你身旁堆着的书，三级缓存中的数据就是你书包里的书，内存中的数据就是在书柜里的书，硬盘中的数据就是在图书馆里的书。当你写作业，一级缓存中的数据不够用（脑子里忘了知识点），就要跑去找二级缓存要数据（翻身旁书堆里的书），二级缓存也没有，就要去找三级缓存要（翻书包找书），三级缓存里也没有，就只能去内存里亲自找数据了（书柜里找书），内存里也没有，那就只能亲自跑去硬盘里找数据了（去图书馆查书），在这个比喻中，我们不难发现，随着找数据的难度越来越高，寻找数据所需要的时间和延迟也就越来越高。所以厂商才会让CPU拥有这么多级缓存，减少CPU亲自去硬盘里找数据这么痛苦的情况出现的频次。

漠风Q&A:

Q1:除了CPU-Z，我在英特尔和AMD官网上还能查到很多其他的参数，这些都代表什么意思呢？

A:重要的参数解读如下：

Intel篇：

垂直市场：适用的平台类型，Desktop：桌面级家用 Workstation：工作站 Sever：服务器

光刻：制造工艺，即制程

处理器基本频率：基础频率

最大睿频频率：单核睿频频率

全核睿频无法从中知道

PCIE修订版：PCIE通道的版本（1.0、2.0、3.0、4.0）

PCIE通道数量的最大值：CPU直连PCIe通道数，后面会有提及它的用处

AMD篇：

CMOS：工艺，即制程

封装：处理器使用的接口

不锁频：能否超频

基准时钟频率：基础频率

最大加速时钟频率：单核睿频

全核睿频无法从中知道

PCIe版本：PCIe通道版本（1.0/2.0/3.0/4.0）

Q2：大神，我买了个U，你说超多少合适啊

A：超10G，人类感谢你

Q3:打游戏选什么CPU

A:英特尔家酷睿系列一直可以的，I9 X900K这个级别顶天花板了，再往上游戏性能倒退，AMD的锐龙系列也一直可以的，R9 3950X这个级别顶天花板了，再往上游戏性能倒退，渲染性能极强。

Q4:大神，那些某宝上号称总主频4、50G的那些CPU，比你这些3、4、5G的CPU可强不少呢，还忽悠我在这买酷睿呢，瞧谁⑧起。

A:你去买下试下，这些CPU都是国外或者国内服务器淘汰下来的CPU，核心多，线程多，但是主频低，单核性能羸弱。你要是拿这些CPU玩游戏，我保证你爽翻天，吃鸡别人一样的钱，一样的特效，一样的分辨率，你四五十帧，我可以配到上百帧，瞧谁⑧起。

（某宝坑人商家，至强CPU，主频2.3G,八核十六线程，乘十六，总主频36.8G，人类感谢你）

Q5:大神，tb上那些es，qs啥的CPU都是些什么？该不该买？

A:这些处理器的来源都是厂商测试的副产品，具体如下

ES：Engineering Sample，工程样板，是Intel/AMD制造出的免费提供给厂商进行测试，生产配套软硬件的CPU，这些CPU分不同的步进和修订，也含有各种各样奇奇怪怪的BUG，厂商使用完后被黑色产业链收购运至国内售卖，不建议小白购买，老玩家买来也只是玩一玩，并不会把它真的当作自己的主力CPU用。

QS：Quanlity Sample，质量样板？（直译），是正式版发售前的最后一次测试版本，如果没有大的BUG，那么这就会作为正式版来进行售卖。一般由Intel/AMD收取一定费用向厂家售卖的，所以一般的QS都是要比ES贵一点，并且比ES稳许多，基本接近正式版的质量（但基本没有保修），小白拿来当主力CPU也没有什么问题（脸黑到焦了的非酋除外）（本质上也是ES的一种）

如何区分QS和ES和正式版？可使用CPU-Z软件查看规格和名字

ES CPU图例：