从小白到入门的电脑硬件课堂第三章:认识CPU(下)参数与性能
回顾上期,我们了解了CPU目前的公司、产品系列和常见的消费级产品命名规则。本期将来讲解CPU的主要参数与性能。
老规矩,本期内容依旧是新手向,主要以基础知识为主,复杂的内容和扩展知识,作为思考题列在文末,供选择性学习。
第三章:认识CPU(下)参数与性能
我们所常见的参数,也是CPU的关键参数主要有4个:
核心数、线程数、频率、缓存
为了更好理解CPU的参数,我们把CPU当作一家大型物流中心。
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核心数(内核数)
核心是CPU内部独立的计算单元。每一个核心都能独立完成自己的一整套活儿。就像是物流中心的传送带,每个工人负责一条传送带,每一条传送带都能独立完成分拣运输。传送带的数量越多,能同时传输的货物越多,理论上总运送能力越强。

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线程数
在持续的经营中,物流中心的负责人发现,传送带的速度很快,有的时候货物很快就传送完了,新的货还没来,工人就歇着了。但是传送带不能停,如果停下资源和效率就浪费了。于是负责人给每条传送带招聘了一位兼职工人。这个兼职工人就负责在旁边等着,一旦主工人歇了,他就赶紧处理一些小件的货物或者杂货。
CPU本身运算速度很快,为了不浪费运算资源,在一个线程正在查找数据或者等待数据传过来的时候,另一个线程立刻接棒算执行其它运算。这个就是多线程,把一个核假装分成了两个核,其实是模拟出一条虚拟线程,当一条线程停顿(例如等待内存响应时),另一条线程就利用现有资源继续工作,提升工作效率。

但由于是虚拟的,实际工作效率不可能达到翻倍提升,只是提高了计算资源利用效率。大体上效率能提升10%-30%。
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频率
频率的单位是Ghz。1hz赫兹代表的是一秒周期变动1次,1Ghz代表每秒周期变动10亿次。频率的大小反映了单位时间内运算次数的多少,也就代表了CPU的运算速度。
频率一般分为基础频率和最大加速频率。
基础频率:官方发布CPU时的保底速率。常规工作状态和环境下,CPU的频率不会低于这个值。也就是工人在传送带工作时的正常速度。
最大加速频率(Intel称为睿频):在基础频率的基础上,如果短时间内负载提升,计算量变大。CPU为了应对,会自动提升自己的频率来完成任务。但只能提升1-2个核心的这个速度并且不是长期保持。
就像是物流中心突然来了大宗货物,某个传送带上的工人为了不加班并保证送达时效,开启鸡血模式,拼命的干。干完这批活,速度也就降下来了。

超频:除了以上的频率外,CPU还可以通过手动超频的方式来突破最大频率上限,并使所有核心同时加速。
超频一般是硬件研究爱好者或者喜欢折腾的玩家使用的。普通玩家不懂可能会操作错误。并且超频会增加CPU散热和供电压力,若使用不当或者配套硬件质量不足可能会降低稳定性和寿命。另外现在的CPU性能已经越来越强,正常使用性能过剩的同时留给超频的空间已经变得很小。
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缓存(Cache)
在CPU里,缓存是用来存放存放当前或近期处理指令和数据的,因为CPU的运算速度很快,把指令放在CPU内部,提取和存放相当方便,不需要再去通过主板的数据交流到内存中提取,减少了CPU的等待时间,提高效率。
在物流中心,缓存就像是堆放在传送带旁、工人脚边的货物,搬起来直接放到传送带上就行。

CPU的缓存通常是三级结构,与核心离得越近,容量越小,速度越快。L1非常小,通常只有几十KB;L2也很小,一般几百K或几M;L3稍微大一点,可能有几M到几十上百M,并且是所有核心共用。离得越近的缓存存放的是越常用或越可能用到的数据或指令。
CPU会先在L1缓存里找,如果没找到(缓存未命中),就去L2里找,以此类推。如果在L3里也没找到,就得到外部的内存里去提取。
所以缓存的大小决定了CPU内部能存放多少用于处理的指令和数据。缓存越大,存放的越多,CPU理论效率就越高,尤其是在处理需要大量数据交换任务的时候。
通过上述内容我们能了解到:
核心是传送带和工人,核心越多,能同时处理的任务越多;
线程是兼职工人,能提升核心资源的利用率;
频率是工人的搬运速度,速度越快,执行能力越强;
缓存是放在脚边的货物,缓存越大,数据交换效率越高。
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CPU的其他参数
除了上述4个比较常见且关键的参数以外,CPU还有一些其它的并且应该了解的参数。
制程工艺:指的是CPU内部晶体管密度的指标,一般用纳米表示。晶体管越小,可以容纳的晶体管数量就越多,性能也就相应的越强。
不过现在对比之前晶体管形状和设计都有了很大的变化,纳米数不单纯代表晶体管的尺寸大小了,更多的是一种设计精度和晶体管密度的评级。不同品牌横向比较纳米意义不大,因为设计不同。同一品牌间纵向比较,可以对比出技术的更新,一般越新的纳米数越小,晶体管密度越高。
功耗与TDP:功耗是指CPU工作时消耗的电能,用单位瓦(W)来表示。通常情况下性能高的CPU有更大的功耗。在配置电源时,CPU功耗可作为电源功率选择的一部分参考。
TDP是指CPU的热设计功耗。是厂商测试CPU在一定程度负载下,所需要的持续散热数据。TDP主要作为配置CPU散热器的参考数据,即选择散热器的散性能力要大于CPU的TDP。
是否有核显:核显是集成在CPU内部的显卡。如果一块CPU有核显,那么它不需要再配置独立显卡即可亮机。
核显对CPU的性能会有一定的影响。正常轻度使用的情况下,它的影响很小。但是图形处理任务加大的话,就会产生明显影响。因为核显没有独立显存,需要与共用系统内存。若核显任务量加大,可能会抢占CPU内存带宽。并且核显会加大CPU的整体热功耗。
正常情况下,使用核显的消费者一般没有大的图形处理任务,这时候核显对CPU的性能影响几乎察觉不到。
以上就是CPU的性能参数。学会这些,大家就能简单的分辨大多数消费级CPU的性能。想要直观对比多款CPU的性能高低,请上网查阅“CPU天梯图”。
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课后思考题&扩展查阅
1、扩展查阅:性能核和能效核(大小核设计)。
2、一块CPU的频率高,是不是就能代表这块CPU的性能好?
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