问答1:CPU是如何制作的?
CPU是由很多很多晶体管集合而成的,这些晶体管的材质是“半导体”。从名字上可以看出,半导体是介于导体和绝缘体之间的一种物质,在满足某个条件的情况下可以从导体变成绝缘体,也可以从绝缘体变成导体。这就足够让它具有两个状态:导电的“1”和不导电的“0”。
有了“0”和“1”状态的晶体管就构成了二进制语言中最基本的单元“位”(bit)。那么,如果有8个这样的晶体管并排排列,就可以同时表示8个位,也就是一个“字节”(Byte),比如“10101010”。字节是计量存储容量和传输容量最常用的单位。那么,一个CPU中到底有多少个晶体管呢?最早期的8086CPU有将近3万个晶体管,而目前的AMD推土机CPU则有惊人的20亿个晶体管。如图2-6所示为AMD推土机CPU。
从上图可以看出,20亿个晶体管被集成在几毫米的底盘硅片上,这需要非常高的精密度,而一个细小的浮尘都可能损害CPU,因此CPU必须在绝对无尘的环境下,用精密的仪器来制作。晶体管之间的相互连通靠的是金属金、铜、铝,早期的CPU中用的是铝,现在已经用铜代替了,金在导电性和低损耗上是最佳材料,但由于价格昂贵而难以实现。
图2-6 AMD推土机CPU
问答2:如何确定CPU的性能?
图2-7 CPU内部运行框图
CPU的性能高低与其内部构造和运行过程是息息相关的。CPU的内部构造主要由输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器5个部分组成。如图2-7所示为CPU内部运行框图。在实际的使用过程中,由于无法看到CPU的内部构造和运行过程,因此只能通过其他途径确定CPU的性能。
那么如何确定CPU的性能呢?
目前,市场上的CPU核心数量一般在2~8核,核心数量的多少在很大程度上确定了处理器的性能强弱。另外,主频也是一个非常重要的参数,一般,主频较高的CPU性能会好一点;缓存容量也是影响CPU性能的主要因素之一,缓存容量越大,CPU的性能越好;CPU的热功耗(TDP)也是非常关键的因素,一般热功耗越低,CPU的性能越好,而CPU制造工艺决定了CPU的热功耗,目前最先进的制造工艺是14nm。
因此,可通过CPU的核心数量、主频、缓存容量、制造工艺等重要参数来了解CPU的性能。
问答3:检查一下自己的CPU
首先来认识一下电脑检测软件CPU-Z。它是一款功能强大的检测软件。用户可以利用CPU-Z对电脑的CPU进行一次彻底的体检。如图2-8所示为CPU-Z的检测CPU参数结果界面,CPU的核心数量、缓存大小、主频等信息都会显示在上面。
图2-8 CPU-Z的检测结果界面
问答4:如何查看CPU的主频?
CPU的主频就是CPU内核工作的时钟频率,一般以GHz(吉赫)为单位。通常来讲,主频越高的CPU,性能越强,但是由于CPU的内部结构不同,因此不能单纯地以主频来判断CPU的性能。
那么,如何查看CPU的主频信息呢?有一个简单的方法。因为CPU在封装时都会在外壳上标注一些信息,比如CPU的主频、型号、制造日期、制造国家等字符,所以直接看CPU的封装外壳上面的文字就可以找到CPU主频是多少。如图2-9所示中的Core i5-3450处理器的主频为3.10GHz。
另外,在电脑进入系统之后可以通过查看电脑属性了解CPU的主频。这里以Win-dows7系统为例,启动电脑进入系统之后在“计算机”图标上面单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择“属性”,在弹出的“系统”窗口中可以看见CPU的主频等信息,如图2-10所示。从图中可以看到,该CPU的型号为i3M370,主频为2.4GHz。此外,在图中左侧窗格中展开“设备管理器”,也可以查看CPU的主频。
图2-9 Corei5-3450处理器(www.xing528.com)
图2-10 “系统”窗口
问答5:什么是CPU的缓存?
缓存是反映CPU性能的主要参数之一,它是内存与CPU之间的存储器中继器,其容量比较小但速度比内存高得多,接近于CPU的速度。缓存是用于减少CPU访问内存所需的平均时间的部件。在结构上,一个缓存由若干缓存段构成。每个缓存段存储具有连续内存地址的若干个存储单元。
高速缓存的工作原理是:当CPU要读取一个数据时,首先从高速缓存中查找,如果找到,就立即读取并送给CPU处理;如果没有找到,就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理,同时把这个数据所在的数据块调入高速缓存中,可以使得以后对整块数据的读取都从高速缓存中进行,不必再调用内存,如图2-11所示。
图2-11 缓存数据读取示意图
为了更好地了解缓存,我们可以将CPU理解为市中心工厂,内存为远郊仓库,而缓存就在CPU与内存之间。如图2-12所示为CPU、缓存与内存之间的位置关系。距离CPU工厂最近的仓库是一级缓存,其次为二级缓存、三级缓存。工厂所需的物资,可以直接从缓存仓库中提取,而不必到很远的郊区仓库中提取。
图2-12 CPU、缓存与内存之间的位置关系
正是这样的读取机制使CPU读取高速缓存的命中率非常高,通常,CPU要读取的数据90%都在高速缓存中,只有大约10%需要从内存读取。这大大节省了CPU直接读取内存的时间,也使CPU读取数据时基本无须等待。
正因为高速缓存的命中率非常高,所以缓存对CPU性能的影响很大,CPU中的缓存越大,整体性能越好。
问答6:如何从外观区分CPU
众多的CPU芯片,既有很多相同之处,也有很多不同之处,可以通过软件对CPU进行参数检测,以此来区分不同的CPU。
另外,还可以通过CPU的外观来区分CPU,因为不同CPU的接口类型是不同的,而且插孔数、体积、整体形状都有变化,所以部分不同的CPU不能互相接插。此外,还可以通过CPU芯片中间电容的排布形式的不同来进行区分。
CPU的接口就是CPU与主板连接的通道。CPU的接口类型有多种形式,有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。目前主流CPU的接口分为两类:触点式和针脚式。其中,Intel公司的CPU采用触点式接口,如图2-13所示分别为LGA1150、LGA1151、LGA1155、LGA2011CPU接口类型;而AMD公司的CPU主要采用针脚式,如Socket AM3、Socket AM3+等,这些接口都与主板上的CPU插座类型相对应,如图2-14所示为AMD公司的CPU接口。
图2-13 Intel公司的主流CPU接口
图2-14 AMD公司的主流CPU接口
a)Sockot AM3 b)Socket AM3+
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