什么是CPU？CPU为什么这么高？这有什么关系？
主频也叫时钟频率，单位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz)，用来表示CPU运行和数据处理的速度。CPU主频=外部频率×倍频系数。主频和实际运行速度有一定的关系，但不是简单的线性关系。所以CPU的主频和CPU的实际运算能力没有直接关系，主频表示的是CPU中数字脉冲信号振荡的速度。在英特尔的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子:1 GHz的安腾芯片几乎可以和2.66 GHz的至强/骁龙一样快，或者说1.5 GHz的安腾2大约和4 GHz的至强/骁龙一样快。CPU的运行速度取决于CPU流水线、总线等的性能指标。
外部频率
外部频率是CPU的参考频率，单位是MHz。CPU的外接频率决定了整个主板的运行速度。一般来说，在台式机中，超频就是超级CPU的外频(当然，一般来说，是锁定CPU的倍频)。我相信这是很好理解的。但是对于服务器CPU来说，超频是绝对不允许的。前面说过，CPU决定主板的运行速度，两者同步运行。如果服务器CPU超频，改变外部频率，就会出现异步运行(很多台式电脑的主板都支持异步运行)，造成整个服务器系统的不稳定。目前，在大多数计算机系统中，外部频率与主板前端总线不同步，外部频率和前端总线(FSB)频率容易混淆。
前端总线(FSB)频率
前端总线(FSB)的频率直接影响CPU与内存直接数据交换的速度。有一个公式可以计算出来，就是数据带宽=(总线频率×数据位宽)/8，数据传输的最大带宽取决于同时传输的所有数据的宽度和传输频率。比如目前支持64位的Xeon Nocona，其前端总线为800MHz。根据公式，其最大数据传输带宽为6.4GB/ s..中央处理器(英特尔)
外频和FSB频率的区别:FSB的速度是指数据传输的速度，外频是指CPU和主板同步运行的速度。换句话说，100MHz的外部频率意味着数字脉冲信号每秒振荡1亿次；100MHz前端总线是指CPU每秒可接受的数据传输容量为100 MHz×64 bit÷8 bit/byte = 800 MB/s，实际上“HyperTransport”架构的出现改变了实际意义上的FSB频率。IA-32架构必须具备三个重要组件:内存控制器中枢(MCH)、I/O控制器中枢和PCI中枢，比如英特尔的典型芯片组Intel 7501。英特尔7505芯片组，专为双至强处理器定制。它们包含的MCH为CPU提供533MHz频率的前端总线。使用DDR内存，前端总线的带宽可以达到4.3GB/ s，然而随着处理器性能的不断提升，给系统架构带来了很多问题。“HyperTransport”架构不仅解决了问题，还更有效地提高了总线带宽，如AMD皓龙处理器。灵活的HyperTransport I/O总线架构允许它集成内存控制器，使处理器可以直接与内存交换数据，而无需通过系统总线传输到芯片组。在这种情况下，AMD皓龙处理器中的前端总线(FSB)频率不知道从哪里开始。
倍频系数
倍频系数是指CPU主频与外部频率的相对比例关系。在外部频率相同的情况下，倍频越高，CPU频率越高。但实际上，在外部频率相同的前提下，高倍频的CPU本身意义不大。这是因为CPU与系统之间的数据传输速度是有限的，一味追求高频率、获得高倍频的CPU会产生明显的“瓶颈”效应——CPU从系统获取数据的极限速度无法满足CPU运行的速度。一般英特尔的CPU除了工程样片版，倍频都是锁定的。Intel Core 2 core的奔腾双核E6500K等少数CPU和部分极速版不锁倍频，AMD之前也不锁。现在AMD推出了CPU黑盒版(也就是倍频版不锁频，用户可以自由调节倍频，调节倍频的超频模式比调节外接频率稳定很多)。
隐藏物
缓存大小也是CPU的重要指标之一，缓存的结构和大小对CPU的速度影响很大。CPU中的缓存运行频率非常高，通常与处理器同频，工作效率远大于系统内存和硬盘。在实际工作中，CPU经常需要重复读取同一个数据块，缓存容量的增加可以大大提高CPU内部读取数据的命中率，而无需在内存或硬盘中寻找，从而提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素，缓存很小。L1缓存是CPU的第一层缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置L1缓存的容量和结构对CPU的性能影响很大。然而，高速缓冲存储器都是由静态RAM构成的，并且结构复杂。在CPU的管芯面积不能太大的情况下，L1级缓存的容量不能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存容量通常为32-256 KB。L2缓存是CPU的二级缓存，分为内部和外部芯片。内部芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部二级缓存只有主频的一半。L2缓存容量也会影响CPU的性能。原则是CPU越大越好。以前最大的国产CPU容量是512KB，现在在笔记本电脑上可以达到2M，而服务器和工作站使用的CPU L2缓存更高，达到8M以上。L3缓存(三级缓存)分为两种，早期的外置，现在的内置。其实际作用在于，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，提高处理器在计算大数据量时的性能。降低内存延迟，提高大数据的计算能力，对游戏很有帮助。但是，通过在服务器领域添加L3缓存，性能仍有显著提高。例如，具有较大L3缓存的配置可以更有效地使用物理内存，因此它可以比较慢的磁盘I/O子系统处理更多的数据请求。具有更大L3缓存的处理器提供了更高效的文件系统缓存行为以及更短的消息和处理器队列长度。其实最早的L3缓存应用在AMD发布的K6-III处理器上。当时L3缓存并没有集成到芯片中，而是由于制造工艺的原因集成到主板中。L3缓存，只能和系统总线频率同步，和主存区别不大。后来，L3缓存是英特尔为服务器市场推出的安腾处理器。然后是P4EE和至强MP。英特尔还计划在未来推出9MB三级高速缓存的Itanium2处理器和24MB三级高速缓存的双核Itanium2处理器。但是L3缓存对于提高处理器的性能并不是很重要。比如配备1MB三级缓存的至强MP处理器，依然不是骁龙的对手，这说明前端总线的增加会比缓存的增加带来更有效的性能提升。
CPU扩展指令集
CPU依赖于来自计算和控制系统的指令，每个CPU都设计有一系列与其硬件电路相匹配的指令系统。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最有效的工具之一。从现阶段的主流架构来看，指令集可分为复杂指令集和简化指令集两大部分(指令集* * *，共有四种类型)，而从具体应用来看，如英特尔的MMX(Multi Media Extended，这是AMD推测的全称，英特尔没有说明词源)、SSE、SSE 2(Streaming-single instruction multiple data-extensions 2)、SSE3、SSE4系列以及AMD的3DNow！它们都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图像和互联网的处理能力。CPU的扩展指令集通常称为“CPU指令集”。SSE3指令集也是目前最小的指令集。以前，MMX包含57个命令，SSE包含50个命令，SSE2包含144个命令，SSE3包含13个命令。
CPU内核和I/O工作电压
从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压。通常，CPU的核心电压小于或等于I/O电压。其中，内核电压的大小取决于CPU的生产工艺。一般生产工艺越小，内核的工作电压越低。I/O电压一般为1.6~5V。低电压可以解决功耗过大和发热量过大的问题。
编辑本段的技术架构。
制造工艺
制造工艺的微米是指集成电路中电路之间的距离。制造技术的趋势是向更高密度发展。IC电路设计的密度越高，就意味着在相同尺寸和面积的IC中，你可以拥有更高密度和更复杂功能的电路设计。现在主要的180nm，130nm，90nm，65nm，45 nm。英特尔已经在2010发布了32nm制造工艺的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列。并且有计划发布22nm和15nm产品。而AMD则表示，其产品将直接跳过32nm工艺(部分32nm产品将在2010第三季度生产，如蛇少女和Llano)，在2011年初发布28nm产品(APU)。
指令组
(1)CISC指令集CISC指令集，又称复杂指令集，英文叫CISC(Complex Instruction Set Computer的缩写)。在CISC微处理器中，程序的指令是顺序串行执行的，每个指令中的操作也是顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分利用率不高，执行速度慢。其实就是Intel生产的x86系列(也就是IA-32架构)CPU以及与其兼容的CPU，比如AMD和VIA。甚至新的X86-64(也称为AMD64)也属于CISC。要知道什么是指令集，要从今天的X86架构CPU说起。X86指令集是英特尔专门为其第一个16位CPU(i8086)开发的。IBM IBM1981+0推出的全球首款PC中的CPU-I 8088(I 8086的简化版)也使用了X86指令。同时在计算机中加入了X87芯片，提高浮点数据处理能力，后来又加入了X86指令集和X87指令集。虽然随着CPU技术的不断发展，Intel相继开发了新型号的i80386.i80486，从过去的PII至强、PIII至强、奔腾3、奔腾4系列，最后到今天的酷睿2系列和至强(不包括至强Nocona)，为了保证计算机能够继续运行过去开发的各种应用程序，保护和继承丰富的软件资源，Intel公司生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，因此其CPU仍然使用X86指令集。因为Intel X86系列及其兼容的CPU(如AMD Athlon MP等。)全部使用X86指令集，形成了今天庞大的X86系列和兼容CPU阵容。目前x86CPU主要包括intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU。(2)RISC指令集RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing”的缩写，中文意思是“精简指令集”。它是在CISC指令系统的基础上开发的。在CISC机器上的一些测试表明，各种指令的频率是相当不同的。最常用的是一些简单的指令，只占指令总数的20%，但它们在程序中的出现频率却占了80%。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂度，导致开发时间长，成本高。而且复杂的指令需要复杂的运算，必然会拖慢计算机的速度。基于以上原因，RISC CPU于80年代诞生。与CISC CPU相比，RISC CPU不仅简化了指令系统，而且采用了称为超标量和超级流水线的结构，大大增加了并行处理能力。RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相反。相比之下，RISC比复杂指令集有统一的指令格式、更少的类型和更少的寻址方式。当然处理速度要高很多。目前这种指令系统的CPU广泛应用于中高端服务器，尤其是高端服务器，都采用RISC指令系统CPU。RISC指令系统更适合高端服务器的操作系统UNIX，现在Linux也属于类UNIX操作系统。RISC CPU在软件和硬件上与Intel和AMD CPU不兼容。目前中高端服务器使用RISC指令的CPU主要有以下几类:PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。(3)IA-64 EPIC(显式并行指令计算机)是否是RISC和CISC的继承者一直争论不休。单说Epic系统，更像是英特尔的处理器走向RISC系统的重要一步。理论上，在相同的主机配置下，EPIC系统设计的CPU比基于Unix的应用软件要好得多。英特尔采用EPIC技术的服务器CPU是位于安腾的安腾(开发代号为Merced)。它是IA-64位处理器，也是IA-64系列的第一款。微软还开发了一个代号为Win64的操作系统，由软件支持。在英特尔采用X86指令集后，它转向寻求更先进的64位微处理器。英特尔之所以这么做，是因为他们想摆脱庞大的x86架构，引入精力充沛、功能强大的指令集，于是诞生了带有EPIC指令集的IA-64架构。IA-64在很多方面都比x86有了很大的进步。它突破了传统IA32架构的诸多限制，在数据处理能力、系统稳定性、安全性、可用性和可观测性方面实现了突破性的提升。IA-64微处理器最大的缺陷就是不兼容x86。为了让IA-64处理器更好地运行两个朝代的软件，英特尔在IA-64处理器(安腾、安腾2...)，以便将x86指令翻译成IA-64指令。这个解码器不是最高效的解码器，也不是运行x86代码的最佳方式(最好的方式是直接在x86处理器上运行x86代码)，所以安腾和Itanium2在运行x86应用时的性能很差。这也成为X86-64的根本原因。
超级流水线和超标量
在解释超级流水线和超标量之前，先理解流水线。流水线最早是Intel在486芯片中使用的。装配线就像工业生产中的装配线一样工作。在CPU中，一条指令处理流水线由5-6个功能不同的电路单元组成，然后将一条X86指令分成5-6步，分别由这些电路单元执行，这样一条指令就可以在一个CPU时钟周期内完成，从而提高了CPU的运行速度。经典奔腾的每个整数流水线分为指令预取、解码、执行、回写结果四个阶段，浮点流水线分为八个阶段。超标量是通过建立多条流水线来同时执行多个处理器，其本质是以空间换时间。而超级流水线通过细化流水线，提高主频，可以在一个机器周期内完成一个或多个操作，其本质是以时间换取空间。比如奔腾4的流水线就长达20级。流水线设计的越长，完成一条指令的速度就越快，所以可以适应工作频率更高的CPU。但是长流水线也带来了一些副作用，很可能高频率的CPU实际运行速度会更低。英特尔奔腾4就是这种情况。虽然它的主频可以高达1.4G，但运行性能却远不及AMD速龙甚至奔腾III。
包裹
CPU封装是利用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中，防止损坏的一种保护措施。一般CPU只有包装好才能交付给用户。CPU的封装方式取决于CPU的安装形式和器件的一体化设计。从大的分类来说，Socket插座安装的CPU通常采用PGA(网格阵列)封装，而Slot x slot安装的CPU则全部采用SEC(单面插件盒)封装。现在有封装技术，如PLGA(塑料栅格阵列)和奥尔加(有机栅格阵列)。由于市场竞争日益激烈，目前CPU封装技术的发展方向主要是节约成本。
多线程操作
同步多线程同步多线程，简称SMT。SMT通过复制处理器的结构状态，使同一处理器上的多个线程同步执行，共享处理器的执行资源，可以最大限度地实现宽发射和乱序超标量处理，提高处理器运算部件的利用率，缓解数据相关或缓存未命中带来的访存延迟。当没有多线程可用时，SMT处理器几乎与传统的宽发射超标量处理器相同。SMT最吸引人的地方在于，只需小规模改变处理器内核的设计，几乎不增加额外成本，就能显著提升性能。多线程技术可以为高速计算核心准备更多的待处理数据，减少计算核心的空闲时间。这对于桌面低端系统来说无疑是很有吸引力的。从3.06GHz奔腾4开始，所有英特尔处理器都将支持SMT技术。
多心的
多核，也称为芯片多处理器(CMP)。CMP是由美国斯坦福大学提出的。它的思想是将大规模并行处理器中的SMP(对称多处理器)集成到同一个芯片中，每个处理器并行执行不同的进程。与CMP相比，SMT处理器结构的灵活性更加突出。但当半导体工艺进入0.18微米时，线延迟已经超过门延迟，这就要求微处理器的设计要通过划分许多规模更小、局部性更好的基本单元结构来进行。相比之下，CMP结构被划分为多个处理器核，每个核相对简单，有利于优化设计，因此更有发展前景。目前IBM的Power 4芯片和Sun的MAJC5200芯片都采用了CMP结构。多核处理器可以共享处理器中的缓存，提高了缓存利用率，简化了多处理器系统设计的复杂度。但这并不意味着内核越多，性能越高。比如16核的CPU就没有8核的CPU快，因为核太多，无法合理分配，所以运行速度变慢。买电脑请做选择。2005年下半年，英特尔和AMD的新处理器也将集成到CMP结构中。全新安腾处理器的开发代号为Montecito，采用双核设计，至少拥有18MB片内缓存，采用90nm工艺制造。它的每个独立内核都有独立的L1、L2和L3缓存，包括大约1亿个晶体管。
对称多处理
对称多处理结构(Symmetric Multi-Processing，SMP)是对称多处理结构(Symmetric Multi-Processing structure)的缩写，是指一台计算机上组装的一组处理器(多CPU)，每个CPU * * *享有内存子系统和总线结构。在这项技术的支持下，服务器系统可以同时运行多个处理器，并享受内存和其他主机资源。像双至强，也就是所谓的双路，这是对称处理器系统中最常见的一种(至强MP可以支持四路，AMD Opteron可以支持1-8)。也有几个是16。但总的来说，SMP结构的机器扩展性差，很难做到100以上的处理器。一般有8到16个处理器，但这对大多数用户来说已经足够了。它在高性能服务器和工作站级主板架构中最为常见，例如可以支持多达256个CPU的系统的UNIX服务器。搭建一个SMP系统的必要条件是:支持SMP的硬件包括主板和CPU；支持SMP的系统平台，然后是支持SMP的应用软件。为了使SMP系统高效运行，操作系统必须支持SMP系统，如WINNT、LINUX、UNIX等32位操作系统。也就是说，可以执行多任务和多线程。多任务是指操作系统可以让不同的CPU同时完成不同的任务；多线程是指操作系统让不同的CPU并行完成同一任务。为了设置SMP系统，对选择的CPU有很高的要求。首先，CPU必须有内置的APIC(高级可编程中断控制器)单元。英特尔多处理规范的核心是使用高级可编程中断控制器(APICS)。再次，相同的产品型号，相同类型的CPU核心，完全相同的运行频率；最后，尽量保持相同的产品序列号，因为当两个生产批次的CPU作为双处理器运行时，可能会出现一个CPU负担过重，另一个CPU负担过轻的情况，无法充分发挥其最大性能，更严重的可能会导致死机。
NUMA科技
NUMA是一种非均匀访问分布式存储技术，它是由若干个独立的节点通过高速专用网络连接而成的系统，每个节点可以是单个CPU或SMP系统。在NUMA，有许多解决缓存一致性的方法。一般采用硬件技术来维护缓存的一致性。通常情况下，操作系统需要根据NUMA的不一致特性(本地内存和远程内存的访问延迟和带宽的差异)进行专门的优化来提高效率，或者采用专门的软件编程方法来提高效率。NUMA系统的例子。有三个SMP模块通过高速专用网连接成一个节点，每个节点可以有12个CPU。像Sequent这样的系统最多可以达到64个CPU，甚至256个CPU。显然，这是SMP和NUMA技术的结合。
无序执行
乱序执行(Out-of-orderexecution)是指CPU允许多个指令不按照程序中指定的顺序开发，并发送到相应的电路单元进行处理的技术。这样可以提前执行的指令会根据每个电路单元的状态和每个指令是否可以提前执行的具体情况，立即发送到相应的电路单元执行。在此期间，指令不会按照指定的顺序执行，然后由重排单元按照指令的顺序重新排列每个执行单元的结果。采用乱序执行技术的目的是使CPU内部电路运行在全负荷，相应地提高CPU运行程序的速度。
分支技术
(分支)指令在运行时需要等待结果。一般情况下，无条件分支只需要按照指令的顺序执行即可，而条件分支必须根据处理后的结果再决定是否按照原来的顺序进行。
CPU内部的内存控制器
许多应用程序具有更复杂的读取模式(几乎是随机的，尤其是在缓存命中不可预测的情况下)，并且不能有效利用带宽。一个典型的应用是业务处理软件。即使有乱序执行等CPU特性，也会受到内存延迟的限制。这样，CPU必须等到运行所需数据的被除数加载后才能执行指令(不管这些数据是来自CPU缓存还是主存系统)。目前低级系统的内存延迟约为120-150 ns，而CPU速度在3GHz以上，单个内存请求可能浪费200-300个CPU周期。即使当缓存命中率达到99%时，CPU也可能会花费50%的时间等待内存请求的结束——例如，因为内存延迟。将内存控制器集成在处理器内部将使北桥芯片变得不那么重要，改变处理器访问主内存的方式，并有助于增加带宽，减少内存延迟和改善处理器制造工艺:英特尔的I5可以达到32纳米，未来CPU制造工艺将达到22纳米。
编辑此段落的包装方法
散装的只有一个CPU，没有包装。通常商店保修一年。一般是厂家提供给安装商的，安装商不会掉，流入市场。有的经销商把散装CPU配上风扇，包装成原来的样子，就成了周转包。还有另一个主要来源，即走私的散装包裹。CPU是电脑最重要的部分，原包CPU，也叫盒装CPU。原厂包CPU是厂家针对零售市场推出的CPU产品，带原装风扇，厂家三年保修。其实散装CPU和盒装CPU本身并没有质量上的区别。主要区别在于渠道不同，所以保修也不同。盒装CPU基本保修3年，散装CPU只保修1年。盒装CPU配的风扇是原厂包装的风扇，但风扇不是散装配的，还是经销商自己配的。黑匣子CPU是指厂商不锁频的顶级CPU，比如AMD的黑匣子5000+。这种CPU没有风扇，是厂家专门为超频用户推出的零售产品。深封装CPU，又称倒装封装CPU。经销商会自己打包散装CPU，加一个风扇。没有厂家保修，只有门店保修，一般三年。或者从国外走私CPU到国内，进行二次封装，加风扇。这种是免税的，价格比散装的略便宜。工程样片CPU是指处理器厂商在处理器上市前，提供给各大板卡厂商和OEM厂商进行测试的处理器样片。制造出来的产品属于前期，但质量并不低于最终零售的CPU。它最大的特点是，比如不倍频，还有一些特殊功能，所以是掌握DIY的首选。偶尔在市场上也能看到这样的CPU销售，这些工程样品会标有“ES”(ES =发动机样品的缩写)的厂家。还需要注意的是，这些CPU很多稳定性差，功耗高，有的发热量高得惊人，散热差。部分整机和笔记本使用工程样片CPU。英特尔标志
编辑此段落的原始标识
对于盒装产品，用户可以参考以下方法进行识别:1。从CPU封装的小窗口往里看，原来CPU表面会有一个数字，从小窗口就能看到数字。原CPU编号清晰，与外包装盒上贴的编号一致。很多CPU的都会磨掉CPU上的编号，所以要注意识别。2.随着科技的发展，造假技术越来越高。如果不确定购买的CPU是否是原装的，可以按照包装上的说明，通过Intel或AMD厂商提供的方式来检查购买的CPU的真伪。3.除了序列号之外，伪劣CPU的性能与原装CPU的性能有一定差距，也可以用来鉴别真假(这是最直接的方式，但最保险的方式是上面说的第二种)。