如同华硕主板示意图上半部的中央部分,那就是CPU插槽。 由于CPU负责大量运算,因此CPU通常是具有相当高发热量的元件。所以如果你曾经拆开过主板, 应该就会看到CPU上头通常会安插一颗风扇来主动散热的。
x86个人电脑的CPU主要供应商为Intel与AMD,目前(2015)主流的CPU都是双核以上的架构了! 原本的单核心CPU仅有一个运算单元,所谓的多核心则是在一颗CPU封装当中嵌入了两个以上的运算核心, 简单的说,就是一个实体的CPU外壳中,含有两个以上的CPU单元就是了。
不同的CPU型号大多具有不同的脚位(CPU上面的插脚),能够搭配的主板芯片组也不同, 所以当你想要将你的主机升级时,不能只考虑CPU,你还得要留意你的主板上面所支持的CPU型号喔! 不然买了最新的CPU也不能够安插在你的旧主板上头的!目前主流的CPU有Intel的 i3/i5/i7 系列产品中,甚至先后期出厂的类似型号的脚位也不同, 例如 i7-2600 使用 LGA1155 脚位而 i7-4790 则使用 FCLGA1150 脚位,挑选时必须要很小心喔!
我们前面谈到CPU内部含有微指令集,不同的微指令集会导致CPU工作效率的优劣。除了这点之外, CPU性能的比较还有什么呢?那就是CPU的频率了!什么是频率呢?简单的说, 频率就是CPU每秒钟可以进行的工作次数。 所以频率越高表示这颗CPU单位时间内可以作更多的事情。举例来说,Intel的 i7-4790 CPU频率为3.6GHz, 表示这颗CPU在一秒内可以进行3.6x109次工作,每次工作都可以进行少数的指令运行之意。
Tips注意,不同的CPU之间不能单纯的以频率来判断运算性能喔!这是因为每颗CPU的微指令集不相同,架构也不见得一样,可使用的第二层高速缓存及其计算机制可能也不同, 加上每次频率能够进行的工作指令数也不同!所以,频率目前仅能用来比较同款CPU的速度!
- CPU的工作频率:外频与倍频
早期的 CPU 架构主要通过北桥来链接系统最重要的 CPU、内存与显卡设备。因为所有的设备都得通过北桥来链接,因此每个设备的工作频率应该要相同。 于是就有所谓的前端总线 (FSB) 这个东西的产生。但因为 CPU 的运算速度比其他的设备都要来的快,又为了要满足 FSB 的频率,因此厂商就在 CPU 内部再进行加速, 于是就有所谓的外频与倍频了。
总结来说,在早期的 CPU 设计中,所谓的外频指的是CPU与外部元件进行数据传输时的速度,倍频则是 CPU 内部用来加速工作性能的一个倍数, 两者相乘才是CPU的频率速度。例如 Intel Core 2 E8400 的内频为 3.0GHz,而外频是333MHz,因此倍频就是9倍啰!(3.0G=333Mx9, 其中1G=1000M)
Tips很多计算机硬件玩家很喜欢玩“超频”,所谓的超频指的是: 将CPU的倍频或者是外频通过主板的设置功能更改成较高频率的一种方式。但因为CPU的倍频通常在出厂时已经被锁定而无法修改, 因此较常被超频的为外频。 举例来说,像上述3.0GHz的CPU如果想要超频, 可以将他的外频333MHz调整成为400MHz,但如此一来整个主板的各个元件的运行频率可能都会被增加成原本的1.333倍(4/3), 虽然CPU可能可以到达3.6GHz,但却因为频率并非正常速度,故可能会造成死机等问题。
但如此一来所有的数据都被北桥卡死了,北桥又不可能比 CPU 更快,因此这家伙常常是系统性能的瓶颈。为了解决这个问题,新的 CPU 设计中, 已经将内存控制器整合到 CPU 内部,而链接 CPU 与内存、显卡的控制器的设计,在Intel部份使用 QPI (Quick Path Interconnect) 与 DMI 技术,而 AMD 部份则使用 Hyper Transport 了,这些技术都可以让 CPU 直接与内存、显卡等设备分别进行沟通,而不需要通过外部的链接芯片了。
因为现在没有所谓的北桥了 (整合到 CPU 内),因此,CPU 的频率设计就无须考虑得要同步的外频,只需要考虑整体的频率即可。 所以,如果你经常有查阅自己 CPU 频率的习惯,当使用 cpu-z[9]这个软件时,应该会很惊讶的发现到,怎么外频变成 100MHz 而倍频可以到达 30 以上!相当有趣呢!
Tips现在 Intel 的 CPU 会主动帮你超频喔!例如 i7-4790 这颗 CPU 的规格[10]中,基本频率为 3.6GHz,但是最高可自动超频到 4GHz 喔! 通过的是 Intel 的 turbo 技术。同时,如果你没有大量的运算需求,该 CPU 频率会降到 1.xGHz 而已,借此达到节能省电的目的!所以,各位好朋友, 不需要自己手动超频了!Intel 已经自动帮你进行超频了...所以,如果你用 cpu-z 观察 CPU 频率,发现该频率会一直自动变动,很正常!你的系统没坏掉!
- 32位与64位的CPU与总线“宽度”
从前面的简易说明中,我们知道 CPU 的各项数据通通得要来自于内存。因此,如果内存能提供给 CPU 的数据量越大的话,当然整体系统的性能应该也会比较快! 那如何知道内存能提供的数据量呢?此时还是得要借由 CPU 内的内存控制芯片与内存间的传输速度“前端总线速度(Front Side Bus, FSB) 来说明。
与 CPU 的频率类似的,内存也是有其工作的频率,这个频率限制还是来自于 CPU 内的内存控制器所决定的。以图0.2.1为例, CPU 内置的内存控制芯片对内存的工作频率最高可达到 1600MHz。这只是工作频率(每秒几次)。一般来说,每次频率能够传输的数据量,大多为 64 位,这个 64 位就是所谓的“宽度”了! 因此,在图0.2.1这个系统中,CPU可以从内存中取得的最快带宽就是 1600MHz_64bit = 1600MHz_8 Bytes = 12.8GByte/s。
与总线宽度相似的,CPU每次能够处理的数据量称为字组大小(word size), 字组大小依据CPU的设计而有32位与64位。我们现在所称的电脑是32或64位主要是依据这个 CPU解析的字组大小而来的!早期的32位CPU中,因为CPU每次能够解析的数据量有限, 因此由内存传来的数据量就有所限制了。这也导致32位的CPU最多只能支持最大到4GBytes的内存。
Tips得利于北桥整合到 CPU 内部的设计,CPU 得以“个别”跟各个元件进行沟通!因此,每种元件与 CPU 的沟通具有很多不同的方式!例如内存使用系统总线带宽来与 CPU 沟通。而显卡则通过PCI-E的序列信道设计来与CPU沟通喔!详细说明我们在本章稍后的主板部份再来谈谈。
- CPU等级
由于x86架构的CPU在Intel的Pentium系列(1993年)后就有不统一的脚位与设计,为了将不同种类的CPU规范等级, 所以就有i386,i586,i686等名词出现了。基本上,在Intel Pentium MMX与AMD K6年代的CPU称为i586等级, 而Intel Celeron与AMD Athlon(K7)年代之后的32位CPU就称为i686等级。 至于目前的64位CPU则统称为x86_64等级。
目前很多的程序都有对CPU做最优化的设计,万一哪天你发现一些程序是注明给x86_64的CPU使用时, 就不要将他安装在686以下等级的电脑中,否则可是会无法执行该软件的! 不过,在x86_64的硬件下倒是可以安装386的软件喔!也就是说,这些东西具有向下相容的能力啦!
- 超线程 (Hyper-Threading, HT)
我们知道现在的 CPU 至少都是两个核心以上的多核心 CPU 了,但是 Intel 还有个很怪的东西,叫做 CPU 的超线程 (Hyper-Threading) 功能! 那个是啥鬼东西?我们知道现在的 CPU 运算速度都太快了,因此运算核心经常处于闲置状态下。而我们也知道现在的系统大多都是多任务的系统, 同时间有很多的程序会让 CPU 来执行。因此,若 CPU 可以假象的同时执行两个程序,不就可以让系统性能增加了吗?反正 CPU 的运算能力还是没有用完啊!
那是怎么达成的啊这个 HT 功能?强者鸟哥的同事蔡董大大用个简单的说明来解释。在每一个 CPU 内部将重要的寄存器 (register) 分成两群, 而让程序分别使用这两群寄存器。也就是说,可以有两个程序“同时竞争 CPU 的运算单元”,而非通过操作系统的多任务切换! 这一过程就会让 CPU 好像“同时有两个核心”的模样!因此,虽然大部分 i7 等级的 CPU 其实只有四个实体核心,但通过 HT 的机制, 则操作系统可以抓到八个核心!并且让每个核心逻辑上分离,就可以同时运行八个程序了。
虽然很多研究与测试中,大多发现 HT 虽然可以提升性能,不过,有些情况下却可能导致性能降低喔!因为,实际上明明就仅有一个运算单元嘛! 不过在鸟哥使用数值模式的情况下,因为鸟哥操作的数值模式主要为平行运算功能,且运算通常无法达到 100% 的 CPU 使用率,通常仅有大约60%运算量而已。 因此在鸟哥的实作过程中,这个 HT 确实提升相当多的性能!至少应该可以节省鸟哥大约30%~50%的等待时间喔!不过网络上大家的研究中, 大多说这个是 case by case,而且使用的软件影响很大!所以,在鸟哥的例子是启用 HT 帮助很大!您的案例就得要自行研究啰!