【硬件科普】中央处理器

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【硬件科普】系列是面向硬件小白的一个教程，性质偏向于较为简单的概念理解，不涉及复杂的知识，如硬件底层运行原理等。

CPU作为电脑硬件界的“网红”，即使你对电脑硬件并不了解，相信你或多或少也听说过它的大名(๑¯ω¯๑)~。这篇文章，能够帮助你对CPU有一个基本的认识，当然！在读完这篇文章后，你也能够在朋友的面前聊上几句CPU的话题了！让我们开始吧。

1 CPU概述

*CPU，全称为中央处理器（Central Processing Unit），是计算机硬件的核心部件之一，如果说人话，那么CPU就相当于人类的大脑，是最重要的部件。

他的主要功能有以下几点

  1. 指令执行
    CPU按照程序中的指令序列，逐条执行指令，完成各种计算和逻辑操作。

  2. 数据处理
    CPU对数据进行处理，包括算术运算、逻辑运算、数据比较等。

  3. 控制功能
    CPU控制数据流在计算机内部的传输，以及协调其他硬件部件的工作。

一款优秀的处理器无疑能显著提升用户的工作效率和游戏体验。然而，市场上性能卓越的处理器往往价格不菲。如果你是一位注重内心平和的消费者，没有特别高的生产效率需求—例如，不经常使用Adobe系列软件—或者对游戏不甚热衷，那么购买高端处理器并不是必要的。在选择硬件时，要避免盲目追求高性能，以免被不诚信的商家误导。

2 CPU的命名

这一节很重要，我们能够通过CPU的型号命名，将它的 “实力” 看穿个七八成(●☌◡☌●)

我们首先需要知道，现在我们能够购买到的主流处理器，基本都是来自两个品牌，分别是英特尔（Intel）和AMD，其中，更被大众所熟知的应该是英特尔专为个人电脑设计的酷睿（Core）系列，也就是我们平时买电脑看到的所谓i3、i5、i7、i9。

我以Intel Core i7-14700K为例，讲清楚其命名的规则

  • Intel：公司名，也称为品牌名
    • Core：处理器的产品线，也称系列。英特尔公司还有如赛扬（Celeron），奔腾（Pentium），至强（Xeon）等产品线，其中Celeron及Pentium系列由于性能落后已经被时代的浪潮抹去，基本只出现在一些特殊场景，如图书馆的服务机，银行的ATM等。Xeon系列则是属于服务器级别的处理器
    • i7：产品的定位，在英特尔命名体系中,i3代表低端，i5代表中端，i7代表高端，而i9为旗舰，即为最高端。
    • 14700:“14”代表的是第14代产品，再举个例子，如果是7100，就代表是第7代的产品，后面的三个数字700则是更小的代数的划分，这里我们无需了解，值得一提的是，Intel每年都会发布新一代的处理器，同定位的情况下，代数越高表示性能越好。
    • K：见下文
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豆沙同学（抢答）：这个我知道！i9是最强的，i3是最差的！

小凉：不对！刚才你没有认真听讲！我说同定位的情况下，代数越高表示性能越好。
但正是由于Inter这种每年发布一次新一代处理器的做法，随着时间的积累
就会发生新一代的低端处理器比以前的高端处理器性能强的情况！
比如i3的9代是强于i9的3代的。

通过上面的对话，我们可以知道，并不是i9就一定强于i7，在进行处理器之间的比较的时候，我们还要格外关注CPU的代数！

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豆沙同学：啊？好吧，那里面的K是啥意思？

小凉：K是这个处理器的后缀，后缀不同表示此处理器拥有不同的特点。

英特尔桌面端（台式电脑）CPU常见的后缀如下

  • 无后缀：CPU有内置的核显，不可以超频
  • K：CPU有内置的核显，而且还可以超频
  • F：没有核显也不能超频
  • KF：没有核显但是可以超频
  • KS：有核显而且可以超频，与K的区别是本身频率就较高
  • X/XE：代表高性能CPU，同样是有核显也可超频

英特尔移动端（笔记本电脑）CPU常见的后缀如下

  • U:超低功耗处理器，功耗（TDP）为15W
  • P:低功耗处理器，功耗28W
  • H:标压处理器，功耗45W
  • HX:高功耗处理器，功耗55W

AMD的命名规则与Inter类似，在此不作介绍。

3 CPU的参数

其实，各处理器的厂家是通过队CPU参数的分级来区分CPU的等级的。

对CPU性能影响较大的参数有制程，架构，频率，核心数量，线程，缓存等，我在此只挑主要的介绍

  • 制程：处理器的制程，通常指的是半导体制造工艺中晶体管的尺寸，以纳米为单位。制程技术是衡量CPU制造精细程度的一个重要指标，它直接影响到CPU的性能、功耗和成本。我们平时在新闻中看到的所谓什么“7纳米工艺”，“10纳米工艺”指的就是制程啦。我们也可以粗略地认为制程越小，性能越优秀

  • 架构：处理器的架构是指CPU设计和组织其内部组件的方式，架构决定了CPU如何执行指令、处理数据以及与其他系统组件通信。我们可以认为架构就相当于一座房子内部的布局。

  • 频率：它可以看作是处理器工作时处理数据的速度，需要注意的是，不同架构的CPU频率并不直接可比，例如，一个低频率的高效能CPU可能比一个高频率的低效能CPU性能更好，并非处理器的频率越高性能越好，还要看其架构以及其他方面对性能的影响。

  • 核心与线程：处理器的核心和线程是衡量CPU性能的两个重要概念

  1. 核心（Core）

    • 核心是CPU内部的独立处理单元，每个核心可以独立执行指令和处理任务。
    • 多核心处理器可以同时处理多个任务，提高计算效率。
    • 例如，一个四核处理器有四个独立的处理单元，可以同时执行四个线程的任务。

  2. 线程（Thread）

    • 线程是操作系统进行运算调度的单位，是程序执行的最小单元。
    • 一个核心可以执行一个或多个线程，这取决于CPU的多线程技术。
    • 超线程技术（如Intel的Hyper-Threading）允许每个核心同时处理两个线程，从而提高CPU的利用率。

  3. 核心与线程的关系

    • 核心数决定了CPU可以同时处理的任务数量。
    • 线程数可以超过核心数，但并不是所有任务都能从多线程中受益。

  4. 多核心与多线程的优势

    • 多核心设计使得CPU能够更有效地处理多任务和高负载情况。
    • 多线程技术可以进一步提高单个核心的利用率，尤其是在多任务环境中。

  5. 性能影响

    • 核心数和线程数的增加可以提升CPU的并行处理能力，但并非所有应用程序都能充分利用多核心和多线程。
    • 现在主流的游戏更加看重的是单核性能。
    • 应用程序的设计也会影响其对多核心和多线程的利用。

  6. 现代CPU设计

    • 现代CPU通常采用多核心设计，并可能支持多线程技术，以适应日益增长的计算需求。

  7. 例子：

    • 一个四核心、八线程的CPU意味着它有四个物理核心，但由于支持超线程技术，每个核心可以同时处理两个线程，总共可以处理八个线程。