任务2.1 认识及选购中央处理器CPU

任务描述

（1）针对A、B、C这3种不同类型的用户需求，到底该如何选择CPU呢？

（2）选购CPU时，是不是主频越高性能就越好呢？

（3）在资金预算一定的情况下，是选Intel的CPU平台还是选AMD的CPU平台？

相关知识

CPU是一块超大规模集成电路芯片，其内部是几千万个到数十亿个晶体管元件组成的十分复杂的电路，负责实现运算器和控制器的功能。由于运算器和控制器本身工作的重要性，所以CPU 当之无愧地成为计算机中最核心、最关键的硬件设备，CPU 的性能强弱基本上可以决定一台计算机的整体性能。

从20世纪70年代微型计算机诞生至今，计算机的发展通常都是以CPU为标志，而CPU的发展基本上都是遵循着摩尔（Moore）定律，以每两年翻一番的速度在不断发展。

2.1.1 CPU产品系列

由于CPU的技术难度大、生产成本高，因而目前世界上能够研发生产CPU的主要公司只有Intel和AMD这两家（见图2-1）。其中世界上第一款CPU就是由Intel公司研发设计的，Intel公司在芯片设计和核心技术等方面至今一直在领导着CPU的发展潮流。而AMD是目前世界上唯一一家能够在CPU设计研发领域与Intel相抗衡的公司，其综合实力虽然一直略逊于Intel，但产品的性能却非常突出，而且大都性价比很高，因而在市场上有一批忠实的拥护者。

为了更好地满足市场需求，Intel和AMD公司各自推出了一些不同的产品系列。

1. Intel公司产品系列

Intel公司的CPU主要分为三大系列，即酷睿Core、奔腾Pentium、赛扬Celeron，分别面向高、中、低端市场。

酷睿Core系列是Intel性能最强、技术最先进的CPU，但价格相对较贵。奔腾Pentium系列CPU（见图2-2）的性能稍差一些，而价格相对便宜。随着技术的不断发展，低端的赛扬Celeron系列CPU目前已经很少使用了。

2. AMD公司产品系列

AMD公司的CPU也分为三大系列，分别是羿龙Phenom、速龙Athlon和闪龙Sempron，它们同样是面向不同消费层次的用户。其中速龙Athlon一直是AMD公司的主打产品，地位与奔腾Pentium相当（见图2-3）；羿龙Phenom主要面向高端；闪龙Sempron则类似于赛扬Celeron，主要面向低端，目前也是使用得越来越少了。

2.1.2 CPU的性能指标

在选购CPU时，直接面对的只是CPU的名字，也就是CPU的产品型号，比如在前面的几份计算机配置单中所采用的“Intel 奔腾G630”和“AMD Athlon Ⅱ X4641”。只单纯从名字中很难判断出一款CPU的性能，要评价CPU的性能强弱，必须要熟知一些相关的性能指标。由于CPU是一款科技含量极高的产品，设计生产过程非常复杂，因而其性能指标相应也有很多，这里只列举出其中较为重要的几项。

1. CPU核心

核心是CPU 最重要的组成部分，一个核心其实就是一套运算器和控制器，CPU 的工作主要是由它完成的。CPU的每次升级换代也主要都是CPU核心在技术上的改进，每一代CPU都有一个相应的核心代号，一般相同核心代号的CPU在性能上差别都不是太大，而不同核心的CPU则会有较大的差距。

图2-4是用“鲁大师”检测到的CPU信息，可以看到这款奔腾G630CPU的核心代号为“Sandy Bridge”，与酷睿i系列CPU采用的是相同的核心，所以这些CPU的核心技术都是相同的。

2．多核心及多线程技术

目前的CPU普遍采用了多核心技术，即在一个处理器中集成多个核心，使之同时工作。多核心技术虽然不能达到1+1=2的效果，但相对于单核心处理器，多核心仍然使CPU性能有了很大的提升，尤其是在同时处理多个工作任务时，更是可以极大地提高CPU的工作效率。目前销售的CPU基本上都已是多核心，其中尤以双核心居多。

检测CPU核心数量的一个简单办法是通过任务管理器，同时按下“Ctrl”+“Alt”+“Del”键打开任务管理器，切换到“性能”选项卡，在“CPU使用记录”栏中可以清晰地看到CPU的核心数量，如图2-5所示。

与多核心技术相对应，Intel的酷睿i系列CPU还支持多线程技术。通过该技术，可以用软件的方式将CPU的一个物理核心模拟成两个。所以对于一个双核的酷睿i系列CPU，在任务管理器中会看到有4个“核心”，这其实是4个“线程”，因而称为“双核心四线程”。

随着技术的不断发展，在CPU中集成的核心数量也越来越多。目前Intel和AMD的高端酷睿和羿龙CPU大都已是4个或6个核心，8个甚至更多核心的CPU也正在研发中。由于更多的CPU核心需要各种应用软件对其进行相应的优化才能更好地发挥作用，试验测试表明，无论是对于普通的上网应用还是高端的游戏应用，4个核心或更多核心的CPU优化效果并不明显，而对于图形图像类的多媒体应用，更多的核心则体现出了较大的优势。另外，由于技术上存在一定差距，一般Intel的多核心处理器在性能上要强于AMD，在试验测试中， AMD六核处理器在大多数多媒体应用中相比Intel的四核处理器都有所不及。所以，对于普通用户，没有必要盲目追求多核心CPU，对于目前的绝大多数应用，双核心已经够用，多核心对性能的提升并不是很明显，反而会增大发热量。

3．字长

字长是CPU 在单位时间内能一次处理的二进制数的位数。一般来讲，字长越大，CPU工作效率也就越高。

目前使用的CPU字长基本上都是64bit。也就是说，CPU可以一次性处理8B的数据。

4．主频

主频是CPU的工作时钟频率，也就是CPU在1s内能进行的运算次数，单位为Hz。假设工作中的CPU是一个正在跑步的人，那么这个人跑步步伐的快慢就是CPU的主频。所以主频反映的是CPU运算速度的快慢。在其他性能参数都相同的情况下，主频越高，相应地， CPU的处理速度也就越快。

目前主流CPU的主频大都在2～3GHz的范围内，由于受到各种物理因素的限制，CPU主频已很难再进一步提升。

5．缓存Cache

CPU 在工作时，与内存之间的联系非常紧密，因为CPU 运算所需的数据都要从内存中读取，数据处理完之后的结果也要重新写入到内存中，因而CPU与内存之间数据读写的快慢也就成为影响CPU性能的一个重要因素。虽然内存技术也在一直发展，读写速度不断加快，但与CPU相比速度上仍然存在着较大差距。为了提高CPU的工作效率，弥补CPU与内存速率不匹配的不足，就在CPU和内存之间加设了一个速度更快的存储器，使之成为CPU和内存之间的一道中转站，这就是缓存（Cache），其结构如图2-6所示。

CPU 缓存设计比较复杂，为了降低成本，同时也为了更充分地利用CPU的高速缓存，CPU缓存采用了分级设计，分为一级缓存L1 Cache、二级缓存L2 Cache和三级缓存L3 Cache。

一级缓存是CPU的第一层高速缓存，一般采用写回式静态随机存储器（SRAM）制造。CPU中的L1 Cache是所有Cache中速度最快的，当然也是价格最高的。采用与CPU半导体相同的制作工艺，可以与CPU同频工作，大大提高了CPU的工作效率。

二级缓存是CPU的第二层高速缓存，L2 Cache速度比L1 Cache要慢一些，但是其容量十分灵活，从几百K到几MB不等。L2 Cache是目前CPU性能表现很关键的指标之一，相同核心CPU在不改变主频的情况下，CPU制造商会根据L2 Cache缓存容量的不同，把相同核心的CPU分为高、中、低档几种，当然价格也会相差很多。

三级缓存是CPU的第三层高速缓存，部分高性能CPU上有提供，容量比L2Cache更大。评测显示，每提高1MB的L3Cache, CPU的性能就能提高大约5%，当然这种性能的提升也是有极限的。

总之，缓存的容量越大，CPU的性能就越好，目前大部分CPU缓存的容量都在1～4MB之间，所有的缓存都集成在CPU内部，与CPU成为一个整体。

6．制造工艺

制造工艺也叫制程，是指CPU内部集成的电路与电路之间的距离，其单位通常是nm。

制造工艺反映了CPU的整体设计水平。制程越小，电路的密集度就越高，在同样体积的CPU内就可以集成更多的电子元件，从而为CPU带来整体性能的提升。像目前最先进的22nm制程CPU中，最多已经集成了20亿个晶体管。

由于制造工艺的改进往往意味着新一代CPU的诞生，所以在选购CPU时要注意不要购买那些工艺落后的产品。比如目前CPU的主流制程是32nm，那么使用45nm甚至65nm的CPU就属于已被淘汰的上一代产品了。

7. CPU接口

接口是指CPU 背面与主板插槽接触的部位。由于不同类型的CPU，其接口也不同，因此具有某种接口类型的CPU，只能使用在具有相应类型插槽的主板上。

CPU接口总体上分为板卡式的Slot接口、针脚式的Socket接口和触点式的LGA接口3种类型，如图2-7所示。其中Slot接口只在CPU早期时用过。目前Intel的CPU都是采用LGA类型的接口，而AMD的CPU都是采用Socket类型的接口。

接口类型虽然不能算作CPU 的性能指标，但它是组装台式机时必须考虑的一个重要因素。由于CPU更新发展的速度极快，而通常每一代采用新核心CPU的出现，都会随之带来一种新型的接口，所以就形成了目前CPU接口类型异常繁多的局面。CPU的接口类型不同，在插孔数、体积、形状上都有很大变化，彼此之间无法兼容。尤其是在组装台式机时，一定要注意主板插槽要与CPU的接口搭配。

2.1.3 主流CPU介绍

目前市场上销售的CPU品牌各异、型号众多，必须对这些CPU在性能上的差异能够有所认识，并且对Intel和AMD公司的CPU命名规则也应稍作了解，只有这样才能达到根据需求进行选购的目的。

1. Intel台式机CPU

在台式机领域，Intel的高端主流CPU是酷睿i系列，包括酷睿i3、酷睿i5、酷睿i7。其中酷睿i7主要是面向顶级市场，价格较贵，普通用户使用不多。酷睿i3和酷睿i5是目前市场上的主流产品。其中酷睿i5系列相对酷睿i3系列性能要更好，当然价格也要贵许多。

Intel的中端主流CPU是奔腾G系列，性能相对要弱一些，但性价比很高。

下面通过具体参数的对比，来分析比较这些不同型号的CPU。

CPU型号：奔腾G4560

核心代号：Skylake

核心数量：双核心

线程数：双线程

主频：3.5GHz

三级缓存：3MB

制造工艺：14nm

接口类型：LGA 1151

其他：集成显示核心

参考价格：399元

CPU型号：酷睿 i36100

核心代号：Skylake

核心数量：双核心

线程数：四线程

主频：3.7GHz

三级缓存：3MB

制造工艺：14nm

接口类型：LGA 1151

其他：集成显示核心

参考价格：789元

CPU型号：酷睿 i56600k

核心代号：Skylake

核心数量：四核心

线程数：四线程

主频：3.5GHz

睿频：3.9GHz

三级缓存：6MB

制造工艺：14nm

接口类型：LGA 1151

其他：集成显示核心

参考价格：1189元

从以上参数中可以看出，这3款不同型号的CPU都是采用了相同的核心，它们的区别主要在于核心数量、主频以及缓存容量，这些也是影响CPU性能以及价格的最主要因素。另外，酷睿i5 CPU支持Turbo Boost睿频加速技术，可以实现动态加速。该技术通过分析当前CPU的负载情况，智能地完全关闭一些用不上的核心，把能源留给正在使用的核心，并使它们运行在更高的频率下，进一步提升性能。例如，如果某个游戏或软件只用到一个CPU核心，Turbo Boost技术就会自动关闭其他3个核心，把正在运行游戏或软件的那个核心的频率提高，从而获得最佳性能。但与超频不同，Turbo Boost是自动完成，也不会改变CPU的最大功耗。目前只有Intel的酷睿i7/i5 系列CPU支持该项技术。

2. AMD台式机CPU

AMD的CPU相对Intel的产品具有更高的性价比，目前AMD的主流CPU分别是面向高端市场的羿龙Ⅱ系列以及面向中低端市场的速龙Ⅱ系列。下面是AMD几款主流CPU的具体参数。

CPU型号：A67400k

核心代号：Kaveri

核心数量：双核心

主频：3.5GHz

二级缓存：1MB

制造工艺：28nm

接口类型：Socket FM2+

其他：集成显示核心

参考价格：299元

CPU型号：速龙Ⅱ X4860k

核心代号：Kaveri

核心数量：四核心

主频：3.7GHz

二级缓存：4MB

制造工艺：28nm

接口类型：Socket FM2+

参考价格：459元

CPU型号：FX 8370

核心代号：Vishera

核心数量：八核心

主频：4GHz

三级缓存：8MB

制造工艺：32nm

接口类型：Socket AM3

参考价格：999元

与Intel CPU类似，AMD CPU的区别主要也在于核心数量、主频以及缓存容量的不同。（注：其中的A67400k是AMD推出的集成了CPU和显示芯片的APU。）

3．笔记本电脑CPU

笔记本电脑的硬件架构和台式机基本相同，但是由于机体轻薄，还要考虑便携性和电池寿命，所以在许多具体部件上和台式机有所区别，基本上绝大多数笔记本电脑的硬件产品与台式机都不通用。例如，笔记本电脑的CPU与台式机的处理器相比，具有更低的核心电压以减少能耗和发热量，并且普遍具备台式机CPU 所不具备的电源管理技术。所以无论是Intel还是AMD，都对自己用于笔记本电脑的CPU产品单独命名，以区别于台式机。

在目前的笔记本电脑领域，Intel的产品占据了较大优势，大多数笔记本电脑都是采用了Intel公司的CPU，所以这里只介绍主流的Intel笔记本电脑CPU。

笔记本电脑CPU目前Intel的主流产品也是酷睿i系列，但是分为新老两代不同的产品。老酷睿采用的是Sky Lake核心，如酷睿i36100H、酷睿i56200U等型号产品，新酷睿采用的是Kaby Lake核心，如酷睿i37100H、酷睿i57300HQ等型号产品。新老两代酷睿的主要区别在于其中集成的显示核心不同，在Kaby Lake核心的新酷睿中集成的显示核心性能要更为强大，而CPU整体的执行效率也要更高一些。

注意，在笔记本电脑CPU的产品型号中一般都加了个字母U代表超低电压版处理器，M代表标准电压版处理器，H代表超高主频版处理器，Q表示四核。

下面是几款典型笔记本电脑CPU的主要性能参数：

CPU型号：酷睿 i36100H

核心代号：Sky Lake

核心数量：双核心

线程数：四线程

主频：2.7GHz

三级缓存：3MB

制造工艺：14nm

其他：集成显示核心

CPU型号：酷睿 i37100H

核心代号：Kaby Lake

核心数量：双核心

线程数：四线程

主频：3.0GHz

三级缓存：3MB

制造工艺：14nm

其他：集成显示核心

CPU型号：酷睿 i57300HQ

核心代号：Kaby Lake

核心数量：四核心

线程数：四线程

主频：2.5GHz

睿频：3.5GHz

三级缓存：6MB

制造工艺：14nm

其他：集成显示核心

通过参数对比可以发现，新老两代酷睿CPU的主要差别在于核心不同，而酷睿i5与酷睿i3的主要区别仍在于核心数。

任务实施

1．方案分析

一般在选购时，是先确定CPU型号，再选择与其相配的主板。

方案A:3D游戏发烧友和3D建模人员对微机系统的性能要求很高，所以建议采用中高端CPU和主板的搭配，以获得最好的性能，如Intel i5、i7处理器和配套的独立显卡、主板。

方案B：主流的中低端CPU可以满足家庭用户和平面设计人员的需求，如奔腾或者羿龙双核处理器。

方案C：与方案B类似，主流的中低端配置就能满足要求，如赛扬或速龙双核处理器。

2．完成方案

通过网络进行市场调研，分别为以上三方案选择两款CPU，并将其主要的性能参数及参考价格以列表的形式表示。