武陵观察网 问答 CPU知识扫盲以及选购推荐

CPU知识扫盲以及选购推荐

本文前半部分是科普,后半部分是命名规则和购买建议。下面就让我们跟随边肖一起来看看吧。

CPU知识素养及选购建议

简介:

众所周知,人脑是一个人的核心,也就是决策中枢。同样,计算机的核心可以看作是CPU。与上一期提到的显卡不同,显卡依靠大量的核心同时执行许多简单的操作,而CPU则负责重要和复杂的逻辑操作。如果把GPU比作一大群小学生,那么CPU就是一个资深老教授,他只有两只手,也就是两个线程。但是,一个聪明的头脑(复杂指令集)虽然不能像一群小学生一样举得起砖头,但遇到复杂问题时,效率要高得多。所以CPU实际上是计算机中的决策者。

但这只是对CPU的概念性理解。你真的了解他们吗?

1.什么是CPU(CPU基础知识)

在介绍之前,我先给大家讲一个故事,通过对故事的分析得出结论。

1.

黄老板和假老板是一家破产公司的创始人,因为公司欠债3.5亿,被迫跑路。好在他们从小训练麒麟臂,准备搬砖养家。在工头的强烈号召下,大家似乎都很努力,尤其是假老板,他像一个努力的工人,从运砖车到工地来回只需要5分钟,而黄老板需要10分钟,于是假老板得到工头的表彰。但这里面隐藏着一个骗局。因为他们搬砖的时候把砖放在一个密封的篮子里,砖的数量是看不见的,所以假老板玩了一个巧妙的把戏。别人每次搬150斤砖,假老板只拿50斤,报的量却是150斤。其实看似更快更硬的假老板一个小时才挑了1250=600斤砖,而脚踏实地的黄老板一个小时就挑了6X150=900斤砖。

明白这是什么意思了吗?黄八和假Boss代表两个CPU,其中假boss往返速度更快,所以假boss的主频比黄八高。嗯,比如假老板是推土机架构,主频超过7GHz,而黄八是i5,主频只有3.5GHz,黄八虽然看起来比假老板慢,但是每次做的工作都比假老板多很多。换句话说,黄八的结构比假老板更高级,他每次完成的工作也更多。

为了衡量每次完成的工作量,计算机中有一个专有名词,叫做IPC,即“每次指令执行所花费的平均时钟周期数”。可见主频并不是决定单核性能的唯一因素,架构或者工作效率的重要性不言而喻。

2.

后来,黄先生和他的假老板从最底层的搬砖工人成长起来,他们自己也成了包工头。积累了一些资金后,他们决定创业。后来黄先生在温州办了个皮具厂,假老板做起了互联网汽车。然而,黄八从此走上了不归路。因为皮革厂是劳动密集型行业,需要大量廉价劳动力。在一个秘密的地下工厂里,黄八利用软件工程和基因工程篡改并重新编译了人类的碱基序列,创造了一群有四只手的工人。虽然一个人的手数和两个人一样多,工作效率暂时达不到,但还是大大提高了效率。最终黄老板获得了事业和生活的双丰收,开了很多分厂,娶了嫂子。

这里说的四手工其实就是超线程。

工厂里有多少工人就意味着有多少CPU核,四手的工人能做的事情比普通人多,但因为只有一个身体,一个人不能两个人用,超线程也不行。另一根线虽然是假的,是化学的,但却以很小的代价大大提升了性能(20%左右)。目前英特尔的i3、i7、i9等产品线都采用了超线程技术。

3.

这一次假老板比黄老板踏实多了,不用邪念。但由于前期市场表现不佳,研发成本高,欠下巨额债务,员工斗志开始低落。起初,假老板还用加薪来增强员工的信心,但后来因为资金链紧张,公司负债累累,于是假老板开始强迫工人加班,多月不发工资。最后重压之下,假老板无法翻身,只好宣布公司倒闭,过着清贫的日子。

给员工涨工资就是睿频,也可以说是官方的超频。可以略微提升CPU的性能,但提升一般有限。

强制加班就是超频。虽然可以大幅提升性能,但前提是给员工施加压力,或者给CPU加电压。如果过度,就有“缩肛”的风险。

4.

另一方面,黄八后来的经历也好不到哪里去。由于上游仓库货物积压,无法及时送到工厂,经常出现停工现象。黄八本想在工厂附近建一个小仓库,作为临时存放原材料的地方,但由于每一寸土地的地价都无法展示,积压越来越严重,导致供应链多次中断,黄八的下游厂商也逐渐开始与其断绝关系。这下可好,这货无路可走了。这相当于断了黄八的生路,而且形势越来越严峻。在一个漆黑多风的夜晚,黄八和他的嫂子偷偷跑了,只留下空荡荡的工厂。

从这里可以看出,黄八的工厂最终无法成功运营的原因是缓存不够,导致上游供货断断续续,大大拖慢了效率。CPU也是如此。在从内存中提取数据并传输到CPU的过程中,速度远远小于CPU的运算速度,会造成极其严重的延迟。这时候就需要中转仓了。

一般来说,cache分为三级:一级、二级、三级。一级缓存速度最快,容量最小,然后速度变慢,容量依次增大。更大的缓存可以大大提高复杂任务的处理速度,减少延迟。

5.

许多年后,黄八和假老板在街上一家叫粗粮杂货店的超市里聚到了一起。里面卖的商品物美价廉,经常被顾客抢购,导致缺货。然而这也促使曾经的小杂货铺越做越大,店面换了一次又一次。现在已经提供餐饮、购物、游乐等一站式服务。老朋友见面,聊了很久的往事,感觉有点热。假老板踱到柜台,对柜子说:“冰两瓶啤酒,要几串。”他付了很多钱,请人把空调关小一点。柜台的人说:“你想要罐装的还是散装的?”“散了吧,便宜点。”假老板回到了餐桌上。突然,地面突然摇晃起来,黄八惊慌地大叫:我再也化妆不了了!

这里的超市是卖CPU的地方,提供原装和散装版本,也就是盒装和散件,差不多就是国行正品和香港水货的区别,但又不完全一样。两者在性能和寿命上基本没有区别。盒装产品是厂家直接销售的版本,原装纸箱,印有防伪序列号,有官方质保,很多还会附赠一个原装散热器,比实际多一些摆设。如果你在乎保修,你可以买他们。大部分散件都是商家从厂家大批量购买的,而且大部分都没有保修,没有包装和散热器,大部分旧的散件CPU其实都是二手的。

但散CPU的价格会比盒装CPU低很多,而且由于CPU耐用,基本上是整机磨损最小的部件,寿命一般都在几十年以上,前提是不用于闹大新闻,极端超频,增压,开盖或者物理损坏比如

其中空冷既有下压式,也有塔式。一般来说塔式散热会好一些,但是低端塔式散热不如很多下压式散热好。下压式散热更容易做成小尺寸,成本更低。

水冷有两种,一种是厂家组装的,一般是软管,你拿到后直接安装即可。

分体水冷要复杂得多,尤其是硬管,一般用在高端游戏机上,可以添加酷炫的RGB灯光效果,可定制性很强。一般来说,家用领域建议选择便宜实惠的风冷散热。如果机箱比较小,可以采用超薄下压散热或者一体化水冷。

TDP:

TDP的英文全称是“Thermal Design Power”,中文直译是“Thermal Design Power Consumption”。主要提供给计算机系统厂商、散热器/风扇厂商、机箱厂商进行系统设计。一般TDP主要用在CPU上,CPU TDP的值对应的是CPU系列最终版本满负荷可能达到的最高散热量(理论上CPU利用率为100%)。散热器必须确保处理器的温度在处理器的TDP最大时仍在设计范围内。

工艺技术:

顾名思义,制程技术是指制造CPU时集成电路的精细程度。

比如28nm和14nm,一般来说,这个数字越小意味着制造精度越好,集成电路元件的体积越小,同样的面积可以封装更多的元件,具有降低功耗和提高性能的双重优势。目前主流技术还是14nm。

导热硅脂:

用于填充CPU上盖和散热器之间的缝隙。一般来说,散热器是自带的。

涂导热硅脂的时候,只要在CPU中央挤一颗黄豆大小的,然后用散热器压平就可以了。不宜涂抹过多,尤其是AMD送的原装强力胶。

版本:

在很多志强和E5洋垃圾中,我们经常会看到一些名词,比如ES、QS、正负等。

这些样本很多都是来自CPU正式定型之前的测试版本,有些还存在bug,不稳定。ES代表测试版本,QS或ES基本上是官方版本。此外,ES表明这个术语实际上是错误的。只有QS或官方版本,正反版本代表模型是否能在系统中正确显示。Stepping是CPU R&D过程中的修订版,所以一般推荐官方版QSES。

购买这类CPU时,要多了解不同版本的区别,E5-26XX系列大多单核性能较弱,不适合游戏。虽然E5-16XX是作为单核性能的补充,但市面上大部分x79都是栅格板,价格实惠但容易出问题。但是正规的主板基本上只有二手的,而且价格昂贵,更老的X58耗电很多。虽然性价比极高,但没有丰富的安装经验,这些都不推荐。

如果没有丰富的经验,想要组建工作站,建议直接使用X99主板E5 V3以上。而现在AMD锐龙R7和即将推出的thread ripper也是不错的选择。

指令集:

目前主流的指令集有X86和ARM两种,分别称为复杂指令集和精简指令集。前者主要是我们的桌面使用,后者是手机、平板等Android、iOS设备使用。复杂指令集可以完成大量需要巨大计算性能的工作,所以X86一般被称为桌面级,而ARM的精简指令集可以做的工作非常少,但在低功耗省电上更胜一筹。是指令集CPU等硬件接受指令,执行运算,然后输出结果的机器语言。它要求硬件和软件相互兼容,所以也是应用的基础。这就是为什么你不能在安卓手机上安装Windows,除非你用虚拟机来模拟。

此外,还有一些扩展指令集,如MMX、SSE等。它一般加强了CPU对特定操作模式的支持和运行效率,并扩展了原有的指令集。比如奔腾G4560,

现在主流的封装都有PGA:管脚在CPU上,需要插入主板上的插槽,LGA,管脚在主板上,CPU上只有触点。BGA主要用于笔记本和移动CPU,芯片直接焊接在主板上。同一个封装芯片有不同的引脚对应不同的主板。比如intel、7代的LGA1151,只能插H110、B150、Z170、B250、Z270等相同管脚的主板。但也有例外,比如771硬到775。

二、处理器命名

先普及两个名词。

台式机:指的是台式机级别,一般是高性能的。

移动:用于笔记本和平板电脑,功耗低,性能低。

英特尔处理器命名:

作为近几年的主流CPU厂商,目前英特尔的产品分为很多系列。由于命名方式比较复杂,这次先介绍一下目前主流的CPU。

赛昂和奔腾主导入门级消费市场,其中奔腾强于赛昂。酷睿系列是目前性能主流的CPU,也是目前最常见的,比如i3、i5、i7等等。志强是专门为服务器和工作站开发的处理器。目前智强E系列是主流。由于Core I系列是最常见的,所以他先说一下。

一系列:

Core I系列的命名方式比较简单。

目前酷睿I系列分为i3、i5、i7、i7至尊、i9五个系列。表现由低到高排序。需要注意的是,这些前缀不同的处理器需要的主板也不同,后面会提到。目前大部分台式机i3是双核四线程,i5是四核四线程,i7是四核八线程或以上,所以性能大致可以根据核心数量来区分。

需要注意的是,由于目前很多游戏的多核优化还是一般,甚至可能会出现单核性能强多核性能弱如i3-7350k的CPU在游戏帧数上秒掉无法超频的非K i7的现象。所以如果只是玩游戏,单核性能强,多核性能还不错的i5是个不错的选择。据说第八代i5和i7会上6核。多核性能大幅提升,对多开机、直播、视频剪辑等大有裨益。

迭代,数字越大,模型越新,一般性能越强。目前最新的是Series 7,这个编号应该也对应了正确的主板芯片组型号。

性能等级是后三位数字,同一数字越大,性能越强。

后缀,K代表无锁频倍频,可以随意超频,X代表高性能。一般用在i7至尊处理器,是同代CPU的旗舰。其性能和价格都是名列前茅的。后缀S低功耗版,T超低功耗版,P非核心显示版,M移动版一般都是双核,性能较低,U移动超低电压版。这种后缀一般性能最弱,但功耗小。至于Y后缀.那就真的只能当上网本用了。购买笔记本要注意后缀M、U、Y。同型号性能远弱于台式机。很多笔记本i7和i5处理器其实都是低压U后缀版本。但是6代以后就没有m后缀了。HQ,MQ,QM代表移动四核版,保持低功耗的同时兼顾多核性能。但由于频率较低,还是弱于桌面版。MX、XM代表移动极致性能版,除了直接放在台式机上,一般都是笔记本电脑的顶部。发热量也很感人。

所以这里可以简单的区分一些CPU。比如i7-7700K是指i7系列定位高端倍频的第七代处理器,i7-7500u是指i7系列定位中端的低压处理器。

但i7-7500u由于平台不同,性能甚至弱于i3-7100。

志强:

主要用在工作站和服务器上,分为E3、E5、E7三个系列,很多都不显示。E3是和之前酷睿系列一样的LGA115X接口,而E5和E7会使用LGA2011接口的主板。大多数E3都是四核和八线程的,几乎是带f的i7

有一些小规律,比如E5从1开始的明显特点是核少主频高,就像E5-1620四核八线程,从2开始,核多主频低。比如14核28线程的E5-2683 V3。至于其他型号,因为比较少见,所以不深入。

第二位和第三位代表性能水平,同代数字越大,性能越强。

最后一位数字代表非核显示,0代表非核显示,5代表核显示,部分代表性能水平。

后缀l代表低功耗,后面跟个数字的v就是迭代版本。不过同样是LGA2011接口,不同版本的E5和E7需要不同的主板。X79主板用于不带后缀和后缀V2的,X99主板用于后缀V3及以上的。

新的赛扬和奔腾都是G开头的,大部分是双核双线程,少数是双核四线程,主打入门级和低端市场。因为命名规则很复杂,而且目前只有G4560、G4620等双核四线程CPU值得购买,所以不详细描述了。如有必要,请自行查阅表格。

至于老芯和智强赛扬奔腾,因为LGA775和771接口都很老了,我对这一块也不熟悉,很遗憾我分析不出来。

AMD处理器命名:

前几年AMD令人失望的推土机架构就犯了不少错误,不过好在这次发布的锐龙不再是360翻身,性价比相当高。

目前AMD的CPU主要分为四个系列:最新的锐龙系列,骁龙系列,推土机等农机结构FX,核显非常强大的A系列,老款的翼龙和迅猛龙系列。

锐龙系列的命名方法很简单。甚至可以说像英特尔一样,锐龙R3、R5、R7、Threadripper有四个系列。最高的达到了16核32线程,就连最低的R3也有四核四线程。对比英特尔的i3、i5/i7、i7 Extreme、i9,有趣的是,无论是哪个系列,AMD的CPU大多都比英特尔多了两个核心或者更多的超线程,这无疑是从多核性能上碾压同级别的iu,同时也弥补了AMD的GF global foundries晶圆超频性能差导致的单核弱的问题。

第一个数字代表迭代,锐龙目前是第一代。

后面三个数字代表性能水平,700~800属于R7,800 ~ 800属于Threadripper,400~600属于R5,400 ~ 800属于R3。性能区别非常明显。

最后一个后缀X表示这是一个默认频率更高的CPU,它支持完整的XFR扩频技术(R7-1700也支持但不完整)。目前只有这个后缀。值得注意的是,锐龙系列解锁倍频,支持超频。

推土机

AMD的FX系列采用推土机架构,32nm工艺,核心多,主频高,超频,但功耗巨大,单核性能较弱,实际游戏性能与i5相当,但多核性能强于i5。如果预算不高,但需要视频剪辑、多开机等高多核性能的应用,可以考虑。今天的性价比还是不错的。

第一个数字代表内核数量(数字9也是8个内核)。比如FX8350是八核,FX6300是六核,剩下的三个数字代表性能水平。数字越大,性能越强。

在APU中,前面的A加A数就是一个系列,也代表定位。第一个数字代表迭代,后3位数字代表性能水平,后缀K代表更高的频率。APU的核显性能强大,堪比一些入门级显示器,但CPU性能较弱,非常低的预算玩LOL之类的游戏是不错的选择。

AMD的Opteron和Velociraptor系列前缀代表核心数。比如X4 955是四核,X2 240是双核,后面几个数字基本代表了性能水平。有很多详细的命名规则,但篇幅限制不讨论。

三、CPU选购推荐

在选择适合自己的CPU之前,首先你需要掏出钱包,所以决定买什么的不是我们,而是钱包.

建议你把60%的钱花在CPU和显卡上。如果

如果你的整机预算在10000元左右,想在游戏和专业应用上获得顶级体验,那么i7-7700k配Z270主板,R7-1700(X)和R5-1600X配B350主板都是不错的选择,主板的CPU在3000元左右。

如果你只想玩3A大作,不在乎很多多线程和专业应用,总预算在5000元左右,那么i5-7500或者i5-7600k配B250主板,R5-1400X配B350主板,都能获得不错的游戏体验。CPU主板价格在2000元左右,剩下的钱会用来买显卡。

如果你预算比较低,总预算在2500左右,想玩游戏,那么可以考虑老平台或者入门级CPU,G4560,媲美i3的CPU H110主板,i5-3470或者E3-1230 V2配B75,虽然升级潜力不高,也可以有不错的体验,或者即将推出的R3-1200 A320主板CPU主板在1000元。

如果你的总预算较低,需要运行测试多线程和多路的专业应用,AMD的FX8350 970主板或E3-1230 V2加B75主板可以获得不错的性能,CPU主板1000元左右,E5系列X79主板也可以考虑,但风险较大。

如果你的总预算在2000元以下,又不想先买显卡,可以选择APU最新的A8-9600或者A12-9800配B350主板。LOL等游戏体验不错,AM4接口有升级锐龙的潜力,CPU主板在1100左右,i3-7100和G4560的核显也不错,升级潜力很大。

如果预算在1000元以下,没有新的U可以选择。AMD的X4-955配880主板只需要500元,X4-740配A55主板只需要200元。X4-860K性价比也很高,可以搭配AMD专用条,价格很低。

CPU简介

中央处理器(CPU)是超大规模集成电路,是计算机的计算核心和控制单元。它的功能主要是解释计算机指令和处理计算机软件中的数据。

CPU主要包括算术逻辑单元(ALU)、高速缓存以及用于数据、控制和状态的总线。它与内存和输入输出设备一起被称为电子计算机的三大核心部件。

物理结构

包括CPU逻辑单元、寄存器单元和控制单元。

逻辑组件

英语逻辑元件;算术逻辑单元。您可以执行定点或浮点算术运算、移位运算和逻辑运算,以及地址运算和转换。

注册

寄存器组件,包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存器可分为定点数和浮点数,用于存储指令执行过程中临时存储的寄存器操作数和中间(或最终)运算结果。通用寄存器是CPU的重要组成部分之一。

控制部件

英制控制单元;控制部分主要负责对指令进行解码,并为每个指令要执行的每个操作发出控制信号。

有两种结构:一种是以微存储器为核心的微程序控制方式;一种是基于逻辑硬接线结构的控制模式。

微存储器保存微码,每个微码对应一个基本微操作,也称为微指令;每条指令由不同的微码序列组成,这些微码序列构成一个微程序。指令解码后,中央处理器发出一定时序的控制信号,以一个微周期为节拍,按照给定的顺序执行这些微码确定的若干微操作,从而完成一条指令的执行。

简单指令由(3 ~ 5)个微操作组成,复杂指令由几十个甚至上百个微操作组成。

强函数

处理指令

英文处理说明;这是指控制程序中指令的执行顺序。程序中的指令有严格的顺序,必须严格按照程序中规定的顺序执行,以保证计算机系统的正确性。

执行操作

英语表演动作;指令的功能通常由计算机中的组件执行的一系列操作来实现。CPU要根据指令的功能,产生相应的操作控制信号,并发送给相应的部件,从而控制这些部件按照指令的要求动作。

控制时间

英语控制时间;时间控制是各种操作的计时。在一条指令的执行过程中,应该严格控制何时做什么。只有这样,计算机才能有条不紊地工作。

处理数据

也就是说,对数据执行算术和逻辑运算,或者执行其他信息处理。

其功能主要是解释计算机指令,处理计算机软件中的数据,执行指令。在微型计算机中,也叫微处理器。计算机的所有操作都由CPU控制,CPU的性能指标直接决定了微机系统的性能指标。CPU有以下四个基本功能:数据通信、资源共享、分布式处理和提供系统可靠性。操作原理基本上可以分为四个阶段:取、解码、执行和写回。

工作过程

CPU从内存或缓存中取出指令,将其放入指令寄存器,并对指令进行解码。它将指令分解成一系列微操作,然后发出各种控制命令执行微操作系列,从而完成一条指令的执行。指令是计算机指定要执行的操作的类型和操作数的基本命令。一条指令由一个或多个字节组成,包括一个操作码字段,一个或多个与操作数地址有关的字段,以及一些表示机器状态的状态字和特征码。有些指令还直接包含操作数本身。

第一阶段fetch从内存或高速缓存中检索指令(数值或一系列数值)。存储器的位置由程序计数器指定。(程序计数器保存用于识别程序位置的值。换句话说,程序计数器记录了CPU在程序中的踪迹。)

根据CPU从存储器中提取的指令来执行。在解码阶段,指令被分解成有意义的片段。根据CPU的指令集架构(ISA)定义,数值被解释为指令。指令值的一部分是操作码,它指示要执行哪些操作。其他值通常为指令提供必要的信息,例如加法运算的运算目标。

执行

在提取和解码阶段之后,它立即进入执行阶段。在这个阶段,它连接到能够执行所需操作的各种CPU组件。

例如,如果需要加法运算,算术逻辑单元(ALU)将连接到一组输入和一组输出。提供了要相加的值,输出将包含求和结果。ALU包含一个电路系统,使得输出可以很容易地执行简单的普通运算和逻辑运算(如加法和位运算)。如果加法运算产生的结果对于CPU处理来说太大,则可以在标志寄存器中设置算术溢出标志。

回复

最后是写回,简单的用某种格式写回执行阶段的结果。操作的结果通常被写入CPU的内部寄存器,以便后续指令快速访问。在其他情况下,计算结果可能写入速度较慢,但容量更大,成本更低的主存储器。一些类型的指令操作程序计数器而不直接产生结果。这些通常被称为“跳转”,并在程序中带来循环行为、条件执行(通过条件跳转)和函数。许多指令会改变标志寄存器的状态位。这些标记可以用来影响程序行为,因为它们经常显示各种操作结果。例如,使用“比较”指令来判断两个值的大小,并根据比较结果在标志寄存器上设置一个值。这个标志可以通过后续的跳转指令来确定程序的走向。指令执行完毕,写回结果后,程序计数器值将递增,重复整个过程,在下一个指令周期正常取下一条顺序指令。

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