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1、CPU基础知识,主讲人：马千里,2.1 CPU, 了解CPU的分类和型号 了解CPU的性能指标 掌握CPU的选购技巧,基本要求,2.1.1 CPU的分类 2.1.2 CPU的型号 2.1.3 CPU的主要性能指标 2.1.4 CPU的选购,中央处理器CPU,2.1,1按位数分 2按主频分 3按CPU所采用接口方式分 4按生产厂家分,CPU的分类,2.1.1,1按位数分,CPU的位宽对CPU性能的影响绝不亚于主频。位宽是指微处理器一次执行指令的数据带宽。处理器的寻址位宽增长很快，业界已使用过4、8、16位寻址再到目前主流的32位，而64位寻址浮点运算已经逐步成为CPU的主流产品。 32位CPU一
2、次只能处理32位，也就是4个字节的数据；而64位CPU一次就能处理64位即8个字节的数据。如果我们将总长128位的指令分别按照16位、32位、64位为单位进行编辑的话：旧的16位CPU（如Intel 80286 CPU）需要8个指令，32位的CPU需要4个指令，而64位CPU则只要两个指令。显然，在工作频率相同的情况下，64位CPU的处理速度比16位、32位的更快.,2.1.1 CPU的分类,可以比较一下图中的32位与64位CPU，64位的代码流的数量没有改变，其宽度随着指令代码的宽度而变化；而数据流的宽度则增加了一倍。虽然理论上在一个时钟周期内64位系统处理的数据量是32位系统的两倍，但理论
3、和现实通常都是有差距的。,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）。,2按主频分,CPU按主频可分为2.0GHz、2.4GHz、2.6GHz和3.0GHz等。,2.1.1 CPU的分类,3按CPU所采用接口方式分
4、,CPU按其采用的接口方式可分为：Intel,2.1.1 CPU的分类,AMD,4按生产厂家分,目前市场上的CPU多为Intel公司、AMD公司所生产，Intel 公司的CPU有i7、i5、i3和E3、E5等；而AMD公司的CPU架构自成体系不兼容Intel的CPU。主要有FX系列与A10、A8、A6等。,2.1.1 CPU的分类,(a) Intel i7-6700K (b) AMD AMD FX-8350,Intel 和 AMD 的 CPU,1字长 2CPU的频率 3高速缓存 4前端总线速度 5CPU的制造工艺与封装技术 6超线程 7支持的扩展指令集,CPU的主要性能指标,2.1.2,1字长
5、,在计算机技术中，把CPU在单位时间内一次处理的二进制数的位数称为“字长”。一般情况下，把单位时间内能处理字长为8位数据的CPU叫8位CPU。同理，64位的CPU在单位时间内能处理字长为64位的二进制数据。,2.1.2 CPU的主要性能指标,字长是表示运算器性能的主要技术指标，通常等于CPU数据总线的宽度。CPU字长越长，运算精度越高，信息处理速度越快，CPU性能也就越高。,2CPU的频率,CPU的频率是指计算机运行时的工作频率，也称为“主频”或“时钟频率”，CPU的频率表示CPU内部数字脉冲信号振荡的速度，代表了CPU的实际运算速度，单位是Hz。CPU的频率越高，在一个时钟周期内所能完成的指
6、令数也就越多，CPU的运算速度也就越快。 CPU实际运行的频率与CPU的外频和倍频有关，其计算公式为： CPU的实际频率外频倍频,2.1.2 CPU的主要性能指标,3高速缓存,缓存（Cache）的作用是为CPU和内存进行数据交换时提供一个高速的数据缓冲区。当CPU要读取数据时，首先会在缓存中寻找，如果找到了则直接从缓存中读取，如果在缓存中未能找到，那么CPU就从主内存中读取数据。CPU缓存一般分为L1高速缓存和L2高速缓存。,L1高速缓存（也称为一级高速缓存、L1 Cache）用于暂存部分指令和数据，以使CPU能迅速地得到所需要的数据。,L2高速缓存（也称为二级高速缓存、L2 Cache）的容
7、量和频率对CPU的性能影响也较大，其作用就是协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多的一部分。,2.1.2 CPU的主要性能指标,4前端总线速度,前端总线是AMD在推出K7 CPU时提出的概念，一直以来很多人都误认为这个名词不过是外频的一个别称。其实，通常所说的外频是指CPU与主板的连接速度，这个概念是建立在数字脉冲信号振荡速度的基础之上,而前端总线速度指的是数据传输的速度。,例如100MHz外频是指数字脉冲信号在每秒钟震荡1000万次，而100MHz前端总线则是指CPU每秒钟可接受的数据传输量是100MHz64bit8bit/Byte=800MB
8、。就处理器速度而言，前端总线比外频更具代表性。,2.1.2 CPU的主要性能指标,5CPU的制造工艺与封装技术,CPU的制造工艺直接关系到CPU的电气性能。线路宽度越小，CPU的功耗和发热量就越低，并可以工作在更高的频率下。目前Intel的主流产品的制造工艺技术已经达到12纳米级别。,由于CPU制造完成后，是一块不到1cm2的硅晶片，还需要对其进行封装，并安装引脚（或称为“针”）后才能插到主板上。通常所说的LGA XXXX，XXXX中的数值的就是指该CPU的引脚数。封装CPU的材料一般有陶瓷封装和树脂封装两种。,2.1.2 CPU的主要性能指标,6超线程,超线程（Hyper-Threading
9、，HT）是Intel从Pentium 4时代开发的技术，曾在Core时代中断，现在“i智能”时代又重新启用。 它是一种同步多线程执行技术，一款应用超线程技术的Intel CPU可以在逻辑上被模拟成两个CPU，这样CPU可以充分利用空闲资源同时处理两个任务集，从而在相同时间内完成更多的任务。 当计算机系统软件对超线程充分优化后，可使软件效能提高约25左右。,2.1.2 CPU的主要性能指标,7支持的扩展指令集(CPU的兴奋剂),指令集是CPU用来计算和控制系统的命令，是与硬件电路相配合的一系列指令。指令集对提高CPU的效率具有重要作用，是评价CPU性能的重要指标之一，目前指令集有Intel公司的
10、MMX、SSE、SSE2、SSE3和AMD公司的3DNow!等。,2.1.2 CPU的主要性能指标,1Intel智能时代的CPU,2.1.3 当前主流CPU纵览,2AMD CPU的创新,酷睿i系列是由Intel（英特尔公司）生产的面向中高端桌面用户的CPU家族标识，至今已进化到了第6代，分别是：,2008年 第一代基于Nehalem（尼黑勒姆）微架构；接口为1366；编号上则采用三位数字，其中第一位均为“9”； 45纳米工艺,2010年 第二代基于Sandy Bridge微架构；接口为LGA1155； 编号上则采用四位数字，其中第一位均为“2”； 32纳米工艺,2012年 第三代基于Ivy B
11、ridge架构；接口为LGA1155 编号上则采用四位数字，其中第一位均为“3”；22纳米工艺,2015年 第六代基于Skylake架构；接口为LGA1151； 编号上则采用四位数字，其中第一位均为“6”；14纳米工艺,2013 第四代 基于Haswell的架构；接口为LGA1150 编号上则采用四位数字，其中第一位均为“4”； 22纳米工艺,2015年 第五代基于Broadwell架构；接口为LGA1168 编号上则采用四位数字，其中第一位均为“5”；14纳米工艺（少桌面版）,Intel,CPU,特 色,睿 频,睿频是指当启动一个运行程序后，处理器会自动加速到合适的频率，而原来的运行速度会提
12、升 10%20% 以保证程序流畅运行的一种技术。 Intel英特尔的睿频技术叫做TB（turbo boost），AMD的睿频技术叫做TC（turbo core）。,1、,3D 晶体管,3-D Tri-Gate使用一个薄得不可思议的三维硅鳍片取代了传统二维晶体管上的平面栅极，形象地说就是从硅基底上站了起来。硅鳍片的三个面都安排了一个栅极，其中两侧各一个、顶面一个，用于辅助电流控制，而2-D二维晶体管只在顶部有一个。由于这些硅鳍片都是垂直的，晶体管可以更加紧密地靠在一起，从而大大提高晶体管密度。,这种设计可以在晶体管开启状态(高性能负载)时通过尽可能多的电流，同时在晶体管关闭状态(节能)将电流降至
13、几乎为零，而且能在两种状态之间极速切换(还是为了高性能)。Intel还计划今后继续提高硅鳍片的高度，从而获得更高的性能和效率。 Intel声称，22nm 3-D Tri-Gate三维晶体管相比于32nm平面晶体管可带来最多37%的性能提升，而且同等性能下的功耗减少一半，这意味着它们更加适合用于小型掌上设备。,2、,Intel的14纳米工艺有多强,Intel 22nm工艺已经率先使用了3D立体晶体管，14nm上将进化到第二代Intel 14nm的栅极间距为70nm，内部互联最小间距为52nm，这两项指标分别比22nm缩小了22、35。 相比之下，台积电16nm、三星/GF 14nm的栅极间距分别
14、是90nm、78nm，前者只相当于Intel 22nm的水平，后者也略弱一些，而内部互联最小间距则都是64nm，相比于Intel大了23。 这些间距越小，就可以把晶体管做得更小、更密，对于电路集成度、芯片性能的重要性不言而喻。,3、,AMD CPU的创新,1、 团结的力量_3A平台,作为目前业界唯一能提供高性能的处理器、芯片组和图形显示芯片等全线解决方案的半导体厂商，AMD将集合了AMD处理器、AMD芯片组和AMD显卡的整合平台形象地称之为AMD 3A平台，其内涵是和谐计算平台，是高效协作、完美互动，具有高稳定性、高兼容性、高性价比，正是这样的创新，有效地将原本分开的多个组件整合在了一起，对于
15、PC系统有了整体性的优化设计。借助于AMD 3A平台，用户能够实现统一的优化，可以利用AMD混合交火技术获得更好的图形性能，此外，用户还可以通过AMD Overdrives平台调控软件，在Windows界面下针对3A平台所有部件进行细致而有效的调节。,2011年，APU处理器的出现使得3A平台拥有了另一个重要的分支。近年来，由于AMD在CPU22纳米工艺上的研发陷入困顿，3A平台在中端市场性价比很高，但在高端一些的市场则无力为之。,2、 融聚未来的APU,APU(Accelerated Processing Unit)中文名字叫加速处理器，是AMD融聚未来理念的产品，它第一次将中央处理器和独显
16、核心做在一个晶片上，它同时具有高性能处理器和最新独立显卡的处理性能，支持DX11游戏和最新应用的加速运算，大幅提升了电脑运行效率。 2011年1月，AMD推出了一款革命性的产品AMD APU，是AMD Fusion 技术的首款产品 2011年6月面向主流市场的Llano APU正式发布。2012年10月，AMD发布Trinity系列芯片。AMD宣称，Trinity笔记本电脑比英特尔芯片电脑便宜，但运行速度相当。Trinity运行速度比Llano快25%，图形核心的运算速度快50%。 2013年6月AMD又推出全新一代APU，分别为至尊四核 Richland、经典四核Kabini和至尊移动四核Temashi，分别成为桌面版APU和移动版APU的最新领军产品。 AMD于2014年推出了Kaveri系列APU，支持HSA异架构运算，使CPU与GPU协同工作，并使用28nm制程与GCN架构GPU，性能相较于前几代APU而言达到了新的水准。 AMD在2013年还推出了PS4 APU 和 Xbox One APU，在性能上PS4 APU是Xbox One APU的1.5倍，是电
