[转]硬件知识普及贴之 处理器篇

【1】CPU概念及分类
中央处理器，也称微处理器（CPU，Central Processing Unit），是微型计算机的运算和指挥控制控制中心。不同型号的微型计算机，其性能的差别首先在于其微处理器性能的不同，而微处理器性能又与其内部结构、组成有关。（摘自《微机原理与接口技术》）
CPU工作过程如下（摘自百度百科）：
CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，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。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。
CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。
在计算机指令系统的优化发展过程中，出现过两个截然不同的优化方向：CISC技术和RISC技术。CISC是指复杂指令系统计算机(ComplexInstructionSetComputer)；RISC是指精减指令系统计算机(ReducedInstructionSetComputer)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令，也就是CPU能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂，要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初，人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度，这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机，即ComplexInstructionSetComputer，简称CISC。另一种优化方法是在20世纪80年代才发展起来的，其基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机．即ReducedInstructionSetComputer，简称RISC。RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能，使指令的平均执行周期减少，从而提高计算机的工作主频，同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。
CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。我们日常使用的台式机，笔记本等采用X86架构的处理器，属于CISC范畴，而ARM架构的手机、平板等则属于RISC范畴。
由于CPU内部工作原理内容较多，比较复杂不宜学习并且对于选购CPU没有太大意义，本文主讲和CPU性能有关的参数内容。
目前采用X86架构制造CPU的厂家有三个，INTEL、AMD和VIA，由于VIA制造的CPU性能市场占有率过小，在此忽略VIA的X86架构处理器。



移动版X86处理器和台式机CPU没有本质区别，外观上或许感觉差异较大，但这只是封装形式不同造成，其内部参数性能比较没有本质区别。
台式机CPU

笔记本CPU

【2】（X86）CPU参数讲解
下面以CPU-Z截图为基础，给大家介绍有关CPU的主要参数
CPU-Z下载地址：
http://www.cpuid.com/softwares/cpu-z/versions-history.html

上图为Intel至强E3-1230V3处理器的截图
主要包含的参数有以下：
1.型号
2.处理器架构
3.TDP
4.针脚
5.制程/工艺
6.步进
7.指令集
8.频率
9.睿频技术
10.前端总线
11.缓存
12.核心数/线程数

2.处理器架构
CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。CPU-Z对应的“代号”一栏，即为该处理器采用的架构。这里所指的架构并非大架构（X86）的不同，而是制造商自己更新换代的小架构名称而已。
架构决定了该处理器的新旧程度，比如Intel的第二代酷睿i系列架构为Sandy Bridge，第三代架构为Ivy Bridge，第四代架构为Haswell和Crystallwell。
架构后面有时还有子系列，比如DT、MB、ULT、ULX、WS、EP和EX等。DT代表桌面级产品，MB代表移动级产品，ULT、ULX代表低电压产品，WS代表工作站/服务器产品，EP代表High End进阶级产品（通常为服务器最高端级架构），EX代表Extreme Edition至尊级产品。
所以，服务器CPU、台式机CPU、笔记本CPU实际上只是子系列架构的不同而已。

I7-4500U，架构为haswell-ULT

4.针脚（也可以称为插槽类型）
针脚是CPU与主板的CPU插槽连接的必要部件。CPU-Z上的“插槽”一栏显示的即为该CPU采用的针脚个数及其封装类型。CPU的封装类型分为BGA和PGA两种。
PGA是目前台式机和主流笔记本采用的形式，其主要特点是主板有CPU插槽，和CPU的针脚对应。INTEL在台式机的CPU上将原来的针脚改为触点形式，称为LGA，以避免CPU运输过程中发生针脚折损的问题。PGA还可分成mPGA和rPGA。rPGA未对硅晶顶部加装铝盖，而mPGA则有，避免硅晶因过度挤压受损。mPGA为台式CPU采用（LGA仅是底部针脚形式改变，实际上也属于mPGA），而rPGA为笔记本CPU采用。
BGA是将CPU直接焊接在主板上，以减少CPU和主板之间连接需要的高度，提高机器的集成度，这类CPU通常面向超极本，超薄笔记本和一体机。BGA的CPU由于直接焊接在主板上，想要更换非常困难，需要专业的BGA焊台才能拆下和再次封装。

型号：G3430 插槽：LGA1150

型号：B980 插槽：rPGA988B

型号：E-450 插槽：BGA FT1

6.步进
步进（Stepping）是CPU的一个重要参数，也叫分级鉴别产品数据转换规范，“步进”编号用来标识一系列CPU的设计或生产制造版本数据，步进的版本会随着这一系列CPU生产工艺的改进、BUG的解决或特性的增加而改变，也就是说步进编号是用来标识CPU的这些不同的“修订”的。同一系列不同步进的CPU或多或少都会有一些差异，例如在稳定性、核心电压、功耗、发热量、超频性能甚至支持的指令集方面可能会有所差异。
一般来说步进采用字母加数字的方式来表示，例如A0，B1，C2等等，字母或数字越靠后的步进也就是越新的产品。一般来说，步进编号中数字的变化，例如A0到A1，表示生产工艺较小的改进；而步进编号中字母的变化，例如A0到B1，则表示生产工艺比较大的或复杂的改进。
CPU-Z中的“修订”一栏，其实才是步进的显示。对于正式版CPU来说，步进这个参数意义并不大，因为步进是厂商在测试修订CPU参数才使用的一个参数，往往正式版已经完成了全部的调试，也就是说，正式版的步进是最新的。有关步进的问题，在区分ES和QS的章节还会继续讲解。

I7 2620QM，步进为D2

7.指令集
指令集是存储在CPU内部，对CPU运算进行指导和优化的硬程序。CPU依靠指令来自计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。不同的指令集，对CPU的某些方面产生特定的优化，例如AVX指令集理论上使CPU内核浮点运算性能提升到了2倍。一般说来，指令集支持越多，其CPU执行效率越高。Intel和AMD的CPU指令集不完全相同，因而对每个程序的执行效率也不同。
新架构往往会添加新的指令集支持。在同一代CPU中，为了区分CPU性能高低，也往往在低端CPU上减少对新指令集的支持。
不过，新指令集并不代表会带来性能的提升。新指令集需要相应的程序支持使用，才能得到应用，提高CPU的使用效率。因此，有时候我们并不用担心新指令集的缺少带来的性能损失。

AMD A10-5750M APU，拥有许许多多的指令集支持（实际上性能你懂得）

8.频率
CPU的频率主要包含主频，外频和倍频三部分。
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。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。
主频=外频*倍频，这是X86架构的CPU计算频率的公式。外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。一般情况下，同代（同针脚）的CPU，其外频往往是一样的，只是倍频系数的变化导致主频不同。
为什么会有外频和倍频的区分呢？这个是和CPU的发展有关的，如果大家感兴趣的话可以看最后给出的CPU发展史，这里仅作简单介绍。简单说来，就是CPU发展太快，而其他硬件无法达到同样频率来交互，于是CPU进行妥协，将外频作为和主板之间通讯的频率，而工作频率靠倍频来调节提升。
当下CPU的外频普遍为100mhz，曾经的产品有过最高默认400mhz外频。通常情况下，倍频是有限制的，也就是常说的锁倍频。只有一些工程样品和至尊版处理器或者黑盒版处理器才开放倍频。提高外频和倍频就可以提高CPU的频率，这也就是俗称的“超频”。超频需谨慎，新手不建议超频。

QX9775，默认外频最高的型号
近年来，Intel提出了一个新技术——睿频技术（turbo boost），随后AMD也对其产品增加了睿频技术（turbo core）的支持。实际上这个技术就是对倍频进行增加以达到类似“超频”效果的方式。

10.前端总线
前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时），前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外频，最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技术，或者其他类似的技术实现这个目的。
FSB是将CPU连接到北桥芯片的总线，也是CPU和外界交换数据的主要通道，因此前端总线的数据传输能力对整机性能影响很大，数据传输最大带宽取决于所有同时传输数据的宽度和传输频率，即数据带宽=总线频率×数据位宽÷8。
以前的CPU曾采用过其他总线，如HyperTransport（AMD）总线、QPI（INTEL）总线。
在CPU-Z的左下角时钟（Clocks）一栏， 最下方显示总线名称和频率

采用HT总线的AMD FX8350

采用QPI总线的Intel I7-720QM
随着北桥和内存控制器被整合进CPU中，前端总线这个概念也消失了，现阶段产品已经没有了前端总线这个概念（除了AMD的FX系列）。

11.缓存
CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。目前的CPU拥有一级、二级和三级缓存（L1 L2 L3 Cache），部分处理器还拥有四级缓存，主要看的是一级和二级缓存大小。注意，Intel和AMD的CPU定义的缓存并不相同，不能直接比较，同品牌不同针脚的CPU一般也不能直接比较缓存来区分性能高低。
一级缓存（L1 Cache）位于CPU内核的旁边，是与CPU结合最为紧密的CPU缓存，也是历史上最早出现的CPU缓存。由于一级缓存的技术难度和制造成本最高，提高容量所带来的技术难度增加和成本增加非常大，所带来的性能提升却不明显，性价比很低，而且现有的一级缓存的命中率已经很高，所以一级缓存是所有缓存中容量最小的，比二级缓存要小得多。
一般来说，一级缓存可以分为一级数据缓存（Data Cache，D-Cache）和一级指令缓存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分别用来存放数据以及对执行这些数据的指令进行即时解码。大多数CPU的一级数据缓存和一级指令缓存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存，其一级缓存就以64KB 64KB来表示，其余的CPU的一级缓存表示方法以此类推。
二级缓存（L2 Cache）是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是4MB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达2MB—4MB，有的高达8MB或者19MB。
三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。
L3 Cache（三级缓存），分为两种，早期的是外置，截止2012年都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。
四级缓存在消费级市场中出现是最近才有的。Intel的Crystallwell架构CPU采用了四级缓存，其本质实际上是eDRAM，给CPU中整合的的核显GT3e使用，当作临时显存。从相关评测中可以看出，这个四级缓存对于核显的性能提升比较显著，但是对于CPU原本的计算则没有影响。未来四级缓存的发展，还需要对市场的进一步观察。
CPU-Z的右下角可以查看CPU的缓存大小，查看四级缓存则需要切换到第二个选项卡“缓存（Caches）”

上图为拥有L4缓存的I7 4750HQ
CPU缓存是和对应型号搭配的，L1和L2都是和核心数成正比，仅L3缓存是低端CPU上进行阉割处理。L3主要影响部分游戏性能，但也不是很大。

【3-2】如何正式版、QS、ES、BGA转PGA以及假U的方法
区分正式版、QS和ES可以用CPU-Z软件来识别
如之前所介绍的，CPU-Z中规格一栏所显示为具体型号名称且无“（ES）”标识的，可以判定该处理器为正式版
而具有确定型号但后缀具有“（ES）”标识的，可以判定该处理器为QS版
如果没有确定型号（后缀一定有ES标识），可能为ES也可能为QS，此时判断步进是否跟正式版一致即可得出是否为QS版，不一致则为ES

正式版I7-4700MQ

QS版I7-4700MQ

QDWA，常有人说这是4700ES，但从规则上来判定，这不过是没有名字的QS罢了，非ES

我的笔记本CPU，QDF码是QDEN，四代I7不锁倍频版，TDP 57W，L3 6MB。（步进B0，正式版为C0，所以为ES，这个U发热很大，不建议入手）
此外，判断正式版，QS和ES还可以用另一个软件——HWiNFO，下载地址：
http://www.hwinfo.com/
如果打不开请自行百度相关关键字找资源下载
打开这个软件后，直接点“run”按钮即可

左上角的窗口是监视所有CPU核心频率的变化，很有用处，这个对于判断CPU是否正常工作有直接的信息
右面的窗口是主要硬件的信息，左半部分区域上方是CPU信息。如图可看出，我的CPU信息基本读取正确，QDF码显示为QDEN，属于ES2阶段产品，右方Eng.Sample表示这个CPU是工程样品。这些信息可以判断CPU是否为正式版、QS或者ES，如果为正式版，则QDF框变成S-Spec框，显示正式版具有的S-Spec码。而QS会显示QDF码但后方标识为QS

正式版I5-480M，显示SSPEC为SLC27。右方也有Prod.Unit（零售产品）标识，表明为正式版产品

老版的WHINFO，QS版I7-3920XM，可见QDF码一栏显示为QC22（QS），表明是QS版处理器。
正式版、测试版CPU还可以通过外观标识来确定
正式版CPU会标识处理器的型号和SSPEC等标识
而QS和ES仅有QDF码标识

赛扬G530，可以清楚的看出CPU上有型号名称，并且有SPPEC码SR85H

QS版I7-2600K，从图中可看出，没有相应的型号标识（CONFIDENTIAL译为机密的），仅有QDF码Q1HL，同样为ES标识。想要确定是不是QS，需要用软件确定，或者直接查找QDF对应的参数信息，根据步进来判定。

笔记本上的处理器，可以看到下方有一排字符，最后有“QDET ES”标识，QDET就是这个CPU的QDF码。该处理器为四代I7，4C/8T，主频2.0睿频2.3-2.5ghz，L3 8MB，步进B0，属于标准的ES版处理器
部分SSPEC和QDF码可以在下面这个网站中进行查询：
http://www.cpu-world.com/sspec/Celeron-9.html

现在再说一下BGA转PGA和假CPU的辨别方式
CPU-Z上的针脚标识，并非CPU原生封装形式，而是根据主板上的插槽来显示的，所以转针类CPU在这上面仍然显示PGA的形式

I7-3615QM是属于apple厂商定制类产品，BGA封装进相关产品中，但是图中显示为PGA988b插槽。3615QM全部为BGA封装，这才判定出这个U为BGA转PGA。但并非所有型号都能这样断定，比如部分3610QM也是BGA封装，此时就只能看CPU外观来判定了


上图为3615QM的BGA转PGA处理器，BGA处理器比正常PGA处理器尺寸要小，转针后底板PCB会扩展出来，很明显。从背面的针脚质量看出，这种转帧类处理器确实很堪忧，和正式版哪怕是ES版处理器区别很大

假CPU，是市面上将其他型号CPU进行外观上的打磨，标识上新的型号以此来欺骗消费者，达到坑钱的目的。
CPU本身并不存在真假问题，因为受限于制作工艺，小作坊根本不可能自己做出来CPU来混淆视听，故奸商只能拿现有的真品伪装来骗人。
有时候奸商智商较低，拿针脚数不同的CPU来混淆视听
下面咱们看看假的E3-1230V2外观


而真品E3-1230V2是这样的


外观和针脚有很大不同，很明显就可以区分。
不过有些奸商比较贼，采用同样针脚的低端CPU，也通过打磨的方式去掉原有的标识，然后拿比较专业的激光刻字技术重新标上型号。部分ES版处理器也被这样“洗”成正式版处理器
这类U只能通过软件来识别真假，可惜这样做的时候，往往奸商已经得逞。。。。
所以，建议对于价格低的离谱的处理器，千万不要去尝试，一种型号的CPU其价格应该是稳定在一个区间的，不可能像其他产品那样出现大幅度降价、特价等情况，如果有此类U，很可能就是在等待小白上钩。

【5】CPU排名天梯
这是笔记本吧7神总结的CPU排名，比较全，可以直接看出性能的高低
图看不清可以下载：
http://pan.baidu.com/s/1eQoWHz0

说明一下，这里的CPU性能排行是综合测试结果的排名，如果仅是游戏性能的话，很多具有超线程技术和多核心技术的处理器并非在游戏中比少核心高频的处理器性能要好


单核性能可以从综合性能中得出结论
目前来说，INTEL的单核性能远大于AMD处理器，而其单核性能和主频有关系，新架构的单核性能比老架构的要高
此楼LZL不允许回复，用来更新天梯图

【6】CPU选购建议
刚才介绍型号的时候就已经说明一些了，这里就再简单介绍一下
CPU这个东西并不是需求非常大，如果不是对专业渲染有需求或者玩团队网游的话，一般的intel双核处理器很够用。
仅做上网和处理文档或者玩玩网页小游戏的用户，可以考虑买赛扬处理器
稍微有点游戏要求，但不是单机且不刷多人团队副本的网游的话，可以考虑买APU A10或者I3，使用核显就差不多了
游戏玩家首选低型号I5，有预算后可考虑E3-1230系列，如果对超频感兴趣并且有知识基础的话可以考虑购买带K版I5。
对渲染有一定要求但预算不高的可以考虑E3
预算够高且可以超频的可以考虑I7
发烧友随便买买吧，I7 4960X估计都不够，可以考虑E5 2697V2，价格在1W以内
笔记本的话，上I7 4700MQ就差不多了，但也要注意散热问题，如果不放心的话买I5 4200M也差不多了。APU A10仅相当于笔记本I3性能，很鸡肋，并且该类型本子价格不够合理，不建议入手。
X4 760K算是一个比较纠结的选择，超频后可以超越I3，性价比稍微好点但需要自己配独显，可能不如买A10来的快。

【6】CPU选购建议
刚才介绍型号的时候就已经说明一些了，这里就再简单介绍一下
CPU这个东西并不是需求非常大，如果不是对专业渲染有需求或者玩团队网游的话，一般的intel双核处理器很够用。
仅做上网和处理文档或者玩玩网页小游戏的用户，可以考虑买赛扬处理器
稍微有点游戏要求，但不是单机且不刷多人团队副本的网游的话，可以考虑买APU A10或者I3，使用核显就差不多了
游戏玩家首选低型号I5，有预算后可考虑E3-1230系列，如果对超频感兴趣并且有知识基础的话可以考虑购买带K版I5。
对渲染有一定要求但预算不高的可以考虑E3
预算够高且可以超频的可以考虑I7
发烧友随便买买吧，I7 4960X估计都不够，可以考虑E5 2697V2，价格在1W以内
笔记本的话，上I7 4700MQ就差不多了，但也要注意散热问题，如果不放心的话买I5 4200M也差不多了。APU A10仅相当于笔记本I3性能，很鸡肋，并且该类型本子价格不够合理，不建议入手。
X4 760K算是一个比较纠结的选择，超频后可以超越I3，性价比稍微好点但需要自己配独显，可能不如买A10来的快。