计算机硬件科普——CPU

CPU

我们通常将cpu比喻为人类的大脑，是计算机的核心部件， 决定了一台电脑的运算性能好坏。通常cpu核心参数有：架构、缓存、主频、核心、线程。

• 架构

  1、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。目前市面上的CPU分类主要分有两大阵营，一个是intel、AMD为首的复杂指令集CPU，另一个是以IBM、ARM为首的精简指令集CPU。

  2、代数越高的cpu对应的架构也越好。比如 i7-9700K 属于9代cpu， 其架构也线先进很多。

• 主频
  1、cpu的主频是cpu内核工作的时钟频率。注意：cpu的主频不代表cpu的速度，因为电脑的整体运行速度不仅仅取决于cpu的运算速度，还和系统其他部件如内存、硬盘等运行情况有关。但提高主频对于提高CPU运算速度至关重要。假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令，那么当CPU运行在100MHz主频时，将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。

  2、cpu主频 = 外频 * 倍频 。

  3、外频：就是除cpu之外系统其他部件如主板芯片组、内存、外部接口等的运行频率，这些设备的运行频率早就固定下来了， 而且远低于cpu的工作频率。这样以来如果cpu随意通过的提高外频来提高整体的运行速度，那么会造成cpu与其他设备的冲突， 计算机不能正常工作，所以提出了倍频的概念。

  4、倍频：目前的CPU设计的外频都相当低， CPU要获得更快运算速度，我们就需要获得一个超高速的频率来支撑更快运算速度。而CPU通常就是在内部设计有一个锁相环频率发生器，对于输入的时钟信号进行分频处理，按照一定比例提高输入的外频频率，从而得到CPU的实际工作频率，这个比例就称之为倍频系数（简称倍频）。利用倍频技术, 较为完美地解决了CPU和内存等数据中转站的异步运行问题。为CPU后来向更高频率方向发展打下了扎实的基础。

  5、超频：
  一般是指强迫设备运行在高于其默认频率的主频以获得更高的性能，诸如CPU、显卡、内存等都可以超频, 其中以CPU为最为流行，可以在最大程度压榨CPU的性能，提高产品的性价比。

  超频一般就是超倍频或外频。在不同时代，超得的是不同的频。在Pentium MMX时，Intel为了让CPU稳定工作，在主板BIOS中锁定了倍频， 不能随意更改倍频，那时候的我们只能从提高外频着手，一些旧式主板可通过设置主板上的跳线来变更计算机系统的外频（还记得跳线怎么插吗？），而在后期的主板BIOS中一般都会有SoftMenu技术，我们只需要在BIOS界面中动动手指头，调整外频频率就可以顺利提高CPU的主频。

  而现在大家为了创造更高的主频，一般都是选择超倍频，因为超倍频提升幅度远比外频要高，而且来得容易。同样只需要在主板BIOS上调整倍频即可，目前很多主板都自带一键超频功能，主板厂商都BIOS中帮你调整好超频参数，只需要一键点击皆可以超倍频。
  需要注意的是，超频会导致CPU发热量远大于正常工作温度，甚至是降低 CPU性能、寿命（缩缸）或造成系统的不稳定（蓝屏）。 降低 CPU 寿命是因为超频产生的高温会导致“电子迁移”现象， 而“电子迁移”现象会损坏CPU内部精密设计的晶体管，所以一定要必须做好CPU的散热工作，液氮超频也是出于这样的考虑。

• 缓存：
  1、缓存的意义很广泛， 电脑整机最大的缓存可以体现为内存条、显卡上的显存就是显卡芯片所需要用到的缓存、硬盘上也有相对应的缓存、CPU有着最快的缓存（L1、L2、L3缓存等），缓存就是数据交换的缓冲区（称作Cache）。

  2、cpu缓存速度和内存的速度：简单地打个比方：如果CPU在L1一级缓存中找到所需要的资料要用的时间为3个周期左右，那么在L2二级缓存找到资料的时间就要10个周期左右，L3三级缓存所需时间为50个周期左右；如果要到内存上去找呢，那就慢多了，可能需要几百个周期的时间。

  3、 三级缓存(L1, L2, L3)是什么？三级缓存都是集成在cpu内的缓存，其中L1最靠近cpu核心，L2其次，L3最次。
  更多关于cpu三级缓存的内容：为什么cpu缓存会分L1, L2, L3?

• 核心
  CPU的核心数是指物理上，也就是硬件上存在着几个核心。比如，双核就是包括2个相对独立的CPU核心单元组，四核就包含4个相对独立的CPU核心单元组。CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。

• 线程
  线程数是一种逻辑的概念，简单地说，就是模拟出的CPU核心数。比如，可以通过一个CPU核心数模拟出2线程的CPU，也就是说，这个单核心的CPU被模拟成了一个类似双核心CPU的功能。我们从任务管理器的性能标签页中看到的是两个CPU。 比如Intel赛扬G460是单核心，双线程的CPU，Intel 酷睿i3 3220是双核心 四线程，Intel 酷睿i7 4770K是四核心 八线程 ，Intel 酷睿i5 4570是四核心 四线程等等。 对于一个CPU，线程数总是大于或等于核心数的。一个核心最少对应一个线程，但通过超线程技术，一个核心可以对应两个线程，也就是说它可以同时运行两个线程。

cpu型号问题

【1】intel处理器型号是怎么命名的
【2】笔记本cpu性能排名

参考文章：
[1]cpu架构：一文读懂cpu架构
[2]cpu频率：讲了这么多年的cpu频率，到底是什么?
[3]cpu缓存：为什么cpu缓存会分L1, L2, L3?
[4]cpu缓存：为什么cpu有多层缓存
[5]cpu核心和线程：cpu个数、cpu核心数、cpu线程数