計算機硬件——CPU 主要參數

什么是 CPU ？

CPU 的英文全稱是 Central Processing Unit，即中央處理器。CPU 的內部結構可分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分。CPU 的性能大致上反映出了它所配置的微機的性能，因此 CPU 的性能指標十分重要。

CPU 的主要參數

CPU 主要的性能指標有以下幾點：主頻、外頻和前端總線頻率、倍頻、緩存、接口類型、內存總線速度和擴展總線速度、指令集、CPU 封裝技術、核心類型，核心數量和核心電壓。CPU 流水線和超標量、制作工藝、TDP 功耗。

主頻

CPU 的主頻，即 CPU 內核工作的時鐘頻率（CPU Clock Speed）。它與 CPU 實際的運算能力并沒有直接關系。但主頻和實際的運算速度存在一定的關系，然而目前還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數值關系，因為 CPU 的運算速度還要看 CPU 流水線的各方面性能指標（緩存、指令集、CPU 的位數等）。CPU 的主頻雖然不代表 CPU 的速度，但提高主頻對于提高 CPU 運算速度卻是至關重要的。

計算機的整體運行速度不僅取決于 CPU 運算速度，還與其他各分系統的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統運行速度和各分系統之間的數據傳輸速度都能得到提高后，計算機整體的運行速度才能真正得到提高。

外頻和前端總線頻率

外頻是 CPU 乃至整個計算機系統的基準頻率，單位是 MHz（兆赫茲）。
前端總線頻率的英文名字是 Front Side Bus，通常用 FSB 表示，是將 CPU 連接到北橋芯片的總線。
INTEL 處理器的兩者的關系是：FSB 頻率＝外頻 x 4
AMD 處理器的兩者的關系是：FSB 頻率＝外頻 x 2

外頻與前端總線頻率的區別：前端總線的速度指的是 CPU 和北橋芯片間總線的速度，更實質性地表示了 CPU 和外界數據傳輸的速度。而外頻的概念是建立在數字脈沖信號振蕩速度基礎之上的，如：100 MHz 外頻是指數字脈沖信號每秒鐘振蕩 10000000 次，它更多地影響了 PCI 及其他總線的頻率。一個 CPU 默認的外頻只有一個，主板必須能支持這個外頻。因此在選購主板和 CPU 時必須注意這點，如果兩者不匹配，系統就無法工作。

倍頻

CPU 的核心工作頻率與外頻之間存在著一個比值關系，這個比值就是倍頻系數，簡稱倍頻。理論上倍頻是從 1.5 一直到無限的，但需要注意的是，倍頻是以 0.5 為一個間隔單位。外頻與倍頻相乘就是主頻，所以其中任何一項提高都可以使 CPU 的主頻上升。原先并沒有倍頻概念，CPU 的主頻和系統總線的速度是一樣的，但 CPU 的速度越來越快，在 Intel80486 時代，倍頻技術也就應運而生。它可使系統總線工作在相對較低的頻率上，而 CPU 速度可以通過倍頻來無限提升。那么 CPU主頻的計算方式變為：主頻＝外頻x倍頻。也就是說倍頻是指 CPU 和系統總線之間相差的倍數，當外頻不變時，提高倍頻，CPU 主頻也就越高。

一個 CPU 默認的倍頻只有一個，主板必須能支持這個倍頻。因此在選購主板和 CPU 時必須注意這點，如果兩者不匹配，系統就無法工作。此外，現在 CPU 的倍頻很多已經被鎖定，無法修改。

緩存

緩存（Cache Memory）位于 CPU 和內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小但交換速度快。在緩存中的數據是內存中的一小部分，這一小部分是短時間內 CPU 即將訪問的，當 CPU 調用大量數據時，就可避開內存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度。

一級緩存（Levell Cache）簡稱 L1 Cache，位于 CPU 內核的旁邊，是與 CPU 結合最為緊密的CPU 緩存，也是歷史上最早出現的 CPU 緩存。由于一級緩存的技術難度和制造成本最高，提高容量所帶來的技術難度和成本增加非常大，因為容量限制，所帶來的性能提升卻不明顯，性價比較低。但是，一級緩存的命中率很高，所以一級緩存是所有緩存中容量最小的，比二級緩存要小得多，容量單位一般是 KB。

二級緩存（L2 Cache）是集成于 CPU 外部的高速緩存，存取速度與 CPU 主頻相同或與主板頻率相同，目前容量單位一般為MB。

（1）Intel 公司雙核心處理器的二級緩存

目前 Intel 的雙核心 CPU 主要有 Pentium D、Pentium EE、Core Duo 三種，其中 Pentium D、Pentium EE 的二級緩存方式完全相同。Pentium D 和 Pentium EE 的二級緩存都是 CPU 內部兩個內核，具有互相獨立的二級緩存，其中，8XX 系列的 Smithfield 核心 CPU 為每核心 1 MB，而9XX 系列的 Presler 核心 CPU 為每核心 2 MB。這種 CPU 內部的兩個內核之間的緩存數據同步，是依靠位于主板北橋芯片上的仲裁單元，通過前端總線在兩個核心之間傳輸來實現的，所以其數據延遲問題比較嚴重，性能并不盡如人意。

Core Duo 使用的核心為 Yonah，它的二級緩存則是兩個核心共享 2 MB 的二級緩存，共享式的二級緩存配合 Intel 的 “Smart cache” 共享緩存技術，實現了真正意義上的緩存數據同步，大幅度降低了數據延遲，減少了對前端總線的占用，性能表現不錯，是目前雙核心處理器上最先進的二級緩存架構。Intel 的雙核心處理器的二級緩存一般都會采用這種兩個內核共享二級緩存的 “Smart cache”共享緩存技術。

（2）AMD 公司雙核心處理器的二級緩存

Athlon 64 X2 CPU 的核心主要有 Manchester 和 Toledo 兩種，它們的二級緩存都是 CPU 內部兩個內核具有的互相獨立的二級緩存，其中，Manchesler 核心為每核心 512 KB，而 Toledo 核心為每核心 1 MB。處理器內部的兩個內核之間的緩存數據同步是依靠 CPU 內置的 System Request Interface（系統請求接口，SRI）控制，傳輸在 CPU 內部即可實現。這樣一來，不但 CPU 資源占用很小，而且不必占用內存總線資源，數據延遲也比 Intel 的 Smithfield 核心和 Presler 核心大為減少，協作效率明顯勝過這兩種核心。不過，由于這種方式仍然是兩個內核的緩存相互獨立，從架構上來看也明顯不如以 Yonah 核心為代表的 Intel 的共享緩存技術 Smart Cache。

隨著制造工藝的提升和產品性能的需要，現在已經有了三級、四級緩存，這對CPU的性能提升是非常有幫助的。

接口類型

CPU 需要通過某個接口與主板連接才能進行工作。CPU 經過這么多年的發展，采用的接口方式有引腳式、卡式、觸點式、針腳式等。而目前 CPU 的接口都是觸點式、針腳式接口，對應到主板上就有相應的插槽類型。CPU 接口類型不同，在插孔數、體積、形狀都有變化，所以不能互相接插。下面介紹目前市場上常用的一些CPU接口及插槽。

Socket 370

Socket 370 架構是英特爾開發出來代替 SLOT 架構，外觀上與 Socket 7 非常像，也采用零插拔力插槽，對應的 CPU 是 370 針腳。英特爾公司著名的 “銅礦” 和 “圖拉丁” 系列 CPU 就是采用此接口。

Socket 940

Socket 940 是最早發布的 AMD64 位 CPU 的接口標準，具有 940 根 CPU 針腳，支持雙通道 ECC DDR 內存。目前采用此接口的有服務器／工作站所使用的 Opteron 以及最初的 Athlon 64 FX。隨著新出的 Athlon 64 FX 以及部分 Opteron 1XX 系列改用 Socket 939 接口，所以 Socket 940 已經成為了 Opteron 2XX 全系列和 Opteron 8XX 全系列以及部分 Opteron 1XX 系列的專用接口。

Socket F

Socket F 是 AMD 于 2006 年第三季度發布的支持 DDR2 內存的 AMD 服務器／工作站 CPU 的接口標準，首先采用此接口的是 Santa Rosa 核心的 LGA 封裝的 Opteron。與以前的 Socket 940 接口 CPU 明顯不同，Socket F 與 Intel 的 Socket 775 和 Socket 771 倒是基本類似。Socket F 接口CPU 的底部沒有傳統的針腳，而代之以 1207 個觸點，即并非針腳式而是觸點式，通過與對應的Socket F 插槽內的 1207 根觸針接觸來傳輸信號。Socket F 接口不僅能夠有效提升處理器的信號強度、提升處理器頻率，同時也可以提高處理器生產的良品率、降低生產成本。Socket F 接口的Opteron 也是 AMD 首次采用 LGA 封裝，支持 ECC DDR2 內存。按照 AMD 的規劃，Socket F 接口將逐漸取代 Socket 940 接口。

Socket AM3

AMD 于 2009 年 2 月發布了首批共五款采用 Socket AM3 接口的 Phenom IIX4／X3 系列處理器，包括 Socket AM3 Phenom II X4 910、Phenom II X4 810／805 三款四核心和 Phenom II X3 720 BE／710 兩款三核心。CPU 針腳數由原來 AM2 的 940 根針腳改為 938 根針腳。

LGA1156

LGA1156 接口與之前的 LGA775／1366 如出一轍，同樣是將處理器的針腳轉移到了主板插座上，總共擁有 1156 個針腳／觸點。不過不同的是，LGA1156 接口底座的卡鎖方式發生了一些變化，由原來的拉桿式卡鎖變成了現在的牟釘式卡鎖，但總體來講本質上并沒有發生變化。由于在針腳數量上發生了明顯變化，LGA1156 接口與 LGA775 接口處理器已經不能兼容，因此消費者不得不在升級的時候進行額外的開銷。相對于老的 LGA775 接口升級 BIOS 即可升級，LGA1156 稍顯不足。當然全新的雙芯片設計即使不更換接口也需要更換主板才能夠升級。從 LGA1156 接口開始，整合技術（北橋以及 IGP），超線程技術，睿頻（智能超頻）技術，虛擬化技術以及未來的 32 nm 工藝都被集成在一起．不能不說 LGA1156 開創了一個新時代。

LGA1366

隨著 Intel 的 tick-tock 戰略的施行，新一代 Nehalem 架構處理器進人了用戶的視線。從這一架構開始，Intel 放棄了已經使用了 10 年之久的 FSB 概念，轉為使用更為先進的，帶寬更高的 QPI 總線，并且正式將屬于北橋功能的內存控制器整合進了 CPU 當中，可支持三通道 DDR3 內存。為了能夠支持 QPI 總線所帶來的超高帶寬，LGA775 接口被放棄，新的 LGA1366 接口誕生了。新推出的 LGA1366 接口與 QPI 總線的搭配帶來了當前最為極致的性能，即使是采用了這一接口的最低端型號，與同價位的產品相比都擁有絕對優勢。這主要是與新的 QPI 總線的引入以及整合內存控制器的架構設計有關。

與以往的升級芯片組而不升級接口的做法不同，Intel 本次不僅將芯片組進行了全新設計，連接口也進行了更換。像 965P 這樣的老芯片組通過刷新 BIOS 來支持新處理器的做法已經徹底完結。LGA1366 接口帶來強大的性能不言而喻，但是他的出現并沒有對 LGA775 接口構成直接的威脅，畢竟這是一款面向高端人士的產品。不過 LGA1366 接口可以支持 6 核 32 nm 處理器的能力確實比較前衛。

LGA2011

LGA 2011，又稱 Socket R，是英特爾（Intel）Sandy Bridge-EX 微架構 CPU 所使用的 CPU 接口。LGA2011 接口將取代 LGA1366 接口，成為 Intel 最新的旗艦產品。LGA2011 接口有 2011 個觸點，將包含以下新特性：處理器最高可達八核、支持四通道 DDR3 內存、支持 PCI-E3.0 規范、芯片組使用單芯片設計，支持 2 個 SATA?3 Gbps 和多達 10 個 SATA／SAS 6 Gbps 接口。

內存總線速度和擴展總線速度

（1）內存總線速度（MemoryBus Speed）

CPU 處理的數據是從哪里來的呢？學過一點計算機基本原理的人都會清楚，是從主存儲器那里來的，而主存儲器指的就是平常所說的內存。一般我們放在外存（磁盤或者各種存儲介質）上面的資料都要通過內存，再進入 CPU 進行處理。由于內存和 CPU 之間的運行速度或多或少會有差異，因此便出現了二級緩存，來協調兩者之間的差異。內存總線速度就是指 CPU 與二級（1.2）高速緩存和內存之間的通信速度。

（2）擴展總線速度（ExpansionBus Spcrd）

擴展總線指的就是安裝在微機系統上的局部總線如 VESA、PCI、PCI-E 等總線，我們打開計算機的時候會看見-些插槽般的東西.這些就是擴展槽，而擴展總線就是 CPU 聯系這些外部設備的橋梁。

指令集

CPU 依靠指令來計算和控制系統，每款 CPU 在設計時就規定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統，指令集存儲在 CPU 內部、對 CPU 運算進行指導和優化的硬程序，指令的強弱也是 CPU 的重要指標。指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。從現階段的主流體系結構講，指令集可分為復雜指令集和精簡指令集兩大陣營，臺式機的 CPU 基本都是屬于復雜指令集陣營。Intel 主要有 x86、EM64T、MMX、SSE、 SSE2、SSE3、 SSSE3 (Super SSE3)、 SSE4A、SSE4.1、 SSE4.2、AVX、AVX2、AVX-512、 VMX 等指令集。AMD 主要是 X86、X86-64，、3D-Now！指令集。

SSE 指令集

Streaming STMD Extensions，由于 MMX 指令并沒有帶來 3D 游戲性能的顯著提升，1999 年 Intel 公司在 Pentium Ⅲ CPU 產品中推出了數據流單指令序列擴展指令（SSE）。SSE 兼容 MMX指令，它可以通過 STMD（單指令多數據技術）和單時鐘周期并行處理多個浮點來有效地提高浮點運算速度。在 MMX 指令集中，借用了浮點處理器的 8 個寄存器，這樣導致了浮點運算速度降低。而在 SSE 指令集推出時，Intel 公司在 Pentium ICPU 中增加了 8 個 128 位的 SSE 指令專用寄存器。而且 SSE 指令寄存器可以全速運行，保證了與浮點運算的并行性。

SSE2 指令集

在 Pentium 4 CPU 中，Intel 公司開發了新指令集 SSE2。這一次新開發的 SSE2 指令一共 144 條，包括浮點 SIMD 指令、整形 SIMD 指令、SIMD 浮點和整形數據之間轉換、數據在 MMX 寄存器中轉換等幾大部分。其中重要的改進包括引入新的數據格式，如：128 位 SIMD 整數運算和 64 位雙精度浮點運算等。為了更好地利用高速緩存。另外，在 Pentium 4 中還新增加了幾條緩存指令，允許程序員控制已經緩存過的數據。

SSE3 指令集

相對于 SSE2，SSE3 又新增加了13條新指令，此前它們被統稱為 pni（prescott new instructions）。13 條指令中，一條用于視頻解碼，兩條用于線程同步，其余用于復雜的數學運算、浮點到整數轉換和 SIMD 浮點運算。

SSE4 指令集

SSE4 又增加了 50 條新的增加性能的指令，這些指令有助于編譯、媒體、字符、文本處理和程序指向加速。SSE4 指令集將作為 Intel 公司未來“顯著視頻增強”平臺的一部分。該平臺的其他視頻增強功能還有 Clear Video 技術（CVT）和統一顯示接口（UDJ）支持等，其中前者是對 ATi AVIVO技術的回應，支持高級解碼、后處理和增強型3D功能。

3D Now！擴展指令集

3D Now！指令集是 AMD 公司 1998 年開發的多媒體擴展指令集，共有 21 條指令。針對 MMX 指令集沒有加強浮點處理能力的弱點，重點提高了 AMD 公司 K6 系列 CPU 對 3D 圖形的處理能力。由于指令有限，3D Now！指令集主要用于 3D 游戲，而對其他商業圖形應用處理支持不足。正是因為有了 3D Now！指令集才使得 AMD的CPU性能得到了大幅提升，從而在殘酷的CPU競爭中，得以生存下來，進一步的發展、壯大。

X86 指令集

X86 指令集是 Intel 為其第一塊 16 位 CPU（i8086）專門開發的，IBM 1981 年推出的世界第一臺PC 機中的 CPU-i8088（i8086簡化版）使用的也是 X86 指令，同時電腦中為提高浮點數據處理能力而增加的 X87 芯片系列數學協處理器則另外使用 X87 指令，以后就將 X86 指令集和 X87 指令集統稱為 X86 指令集。

雖然隨著 CPU 技術的不斷發展，Intel 陸續研制出更新型的 i80386、i80486 直到今天，但為了保證計算機能繼續運行以往開發的各類應用程序以保護和繼承豐富的軟件資源，所以 Intel 公司所生產的所有 CPU 仍然繼續使用 X86 指令集，所以它的 CPU 仍屬于 X86 系列。由于 Intel X86 系列及其兼容 CPU 都使用 X86 指令集，所以就形成了今天龐大的 X86 系列及兼容 CPU 陣容。

EM64T 指令集

Intel 公司的 EM64T（Extended Memory 64 Technology）即 64 位內存擴展技術。該技術為服務器和工作站平臺應用提供擴充的內存尋址能力，擁有更多的內存地址空間，可帶來更大的應用靈活性，特別有利于提升音頻視頻編輯、CAD 設計等復雜工程軟件及游戲軟件的應用。常說的 64 位指的是 AMD 公司出的 64 位 CPU，而 EM64T 則是 Intel 公司按照自己的意思理解出來的 64 位，也就是和 AMD 公司的 64 位對應的另一種叫法。

RISC 指令集

RISC 指令集是以后高性能 CPU 的發展方向。它與傳統的 CISC（復雜指令集）相對。相比而言，RISC 的指令格式統一，種類比較少，尋址方式也比復雜指令集少。使用 RISC 指令集的體系結構主要有ARM、MIPS。

3DNow！＋指令集

在原有的指令集基礎上，增加到 52 條指令，其中包含了部分 SSE 指令，該指令集主要用于新型的 AMD CPU 上。

AVX 指令集

Intel AVX 指令集在 SIMD 計算性能增強的同時也沿用了的 MMX／SSE 指令集。不過和 MMX／SSE 的不同點在于增強的 AVX 指令，從指令的格式上就發生了很大的變化。X86（IA-32／Intel 64）架構的基礎上增加了 prefix（Prefix），所以實現了新的命令，也使更加復雜的指令得以實現，從而提升了 X86 CPU 的性能。

AVX 并不是 X86 CPU 的擴展指令集，可以實現更高的效率，同時和 CPU 硬件兼容性也更好，并且也有著足夠的擴展空間，這都和其全新的命令格式系統有關。更加流暢的架構就是 AVX 發展的方向，換言之，就是擺脫了傳統 X86 的不足，在 SSE 指令的基礎上 AVX 也使 SSE 指令接口更加易用。針對 AVX 的最新的命令編碼系統，Intel 也給出了更加詳細的介紹，其中包括了大幅度擴充指令集的可能性。比如 Sandy Bridge 所帶來的融合了乘法的雙指令支持。從而可以更加容易地實現 512 bits 和 1024 bits 的擴展。而在 2008 年年底到 2009 年推出的 meniikoa CPU “Larrabee（LARAB）” 處理器，就會采用 AVX 指令集。從地位上來看 AVX 也開始了 Intel 處理器指令集的新篇章。

CPU封裝技術

所謂 CPU 封裝技術是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術。以 CPU 為例，我們實際看到的體積和外觀并不是真正的 CPU 內核的大小和面貌，而是 CPU 內核等元件經過封裝后的產品。

CPU 封裝對于芯片來說是必需的，也是至關重要的，因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的 PCB（印制電路板）的設計和制造，因此它是至關重要的。封裝也可以說是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁-芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產品而言，封裝技術都是非常關鍵的一環。

核心類型，核心數量和核心電壓

（1）核心類型

核心（Die）又稱為內核，是 CPU 最重要的組成部分。CPU 中心那塊隆起的芯片就是核心，是由單晶硅以一定的生產工藝制造出來的，CPU 所有的計算、接受／存儲命令、處理數據都由核心執行。各種 CPU 核心都具有固定的邏輯結構，一級緩存、二級緩存、三級緩存、四級緩存、執行單元、指令級單元和總線接口等邏輯單元都會有科學的布局。
為了便于 CPU 設計、生產和銷售的管理，CPU 制造商會對各種 CPU 核心給出相應的代號，這也就是所謂的 CPU 核心類型。不同的 CPU（不同系列或同一系列）都會有不同的核心類型（如Pentium 4 的 Northwood，Willamette 以及 K62 的 CXT 和 K62＋的 ST50 等），甚至同一種核心都會有不同版本的類型（如 Northwood 核心就分為 B0 和 C1 等版本）。核心版本的變更是為了修正上一版存在的一些錯誤，并提升一定的性能，而這些變化普通消費者是很少去注意的。每一種核心類型都有其相應的制造工藝（如：0.25 μm、0.18 μm、0.13 μm 以及 0.09 μm 等）、核心面積（這是決定 CPU 成本的關鍵因素，成本與核心面積基本上成正比）、核心電壓、電流大小、晶體管數量、各級緩存的大小、主頻范圍、流水線架構和支持的指令集（這兩點是決定 CPU 實際性能和工作效率的關鍵因素）、功耗和發熱量的大小、封裝方式（如：S.E.P、PGA、FCPGA、FCPGA2 等）、接口類型（如:Socket370、Socket A、Socket 478、Socket T、Slot 1、Socket 940 等）、前端總線頻率（FSB）等。因此，核心類型在某種程度上決定了 CPU 的工作性能。

（2）核心數量

2005 年以前，主頻一直是兩大處理器巨頭 Intel 和 AMD 爭相追逐的焦點。而且處理器主頻也在Intel 和 AMD 的推動下達到了一個又一個的高峰。但就在處理器主頻提升速度的同時，也發現在目前的情況下，單純主頻的提升已經無法為系統整體性能的提升帶來明顯的好處，并且高主頻帶來了處理器巨大的發熱量，更為不利是 Intel 和 AMD 兩家在處理器主頻提升上已經有些力不從心了。在這種情況下，Intel 和 AMD 不約而同地將目光投向了多核心的發展方向，即在不用進行大規模開發的情況下將現有產品發展成為理論性能更為強大的多核心處理器系統。這無疑是相當明智的選擇。
多核處理器是基于單個半導體的一個處理器上擁有多個一樣功能的處理器核心，即是將多個物理處理器核心整合人一個內核中，現在多核處理器已經開始在 PC 中普及使用。

（3）核心電壓

CPU 的工作電壓（Supply Voltage），即 CPU 正常工作所需的電壓。任何電器在工作的時候都需要電，自然也有對應額定電壓，CPU 也不例外。目前 CPU 的工作電壓有一個非常明顯的下降趨勢，較低工作電壓主要有三個優點。

第一，采用低電壓，CPU 的芯片總功耗會降低，系統的運行成本也會相應降低，這對于便攜式和移動系統來說非常重要，使其現有的電池可以工作更長時間，從而使電池的使用壽命大大延長；
第二，功耗降低，致使發熱量減少，運行溫度不過高的 CPU 可以與系統更好地配合；
第三，降低電壓是 CPU 主頻提高的重要因素之一。

CPU 的工作電壓分為兩個方面，CPU 的核心電壓與 V/0 電壓。核心電壓即驅動 CPU 核心芯片的電壓 I/0 電壓則指驅動 I/O 電路的電壓。通常 CPU 的核心電壓小于等于 I/0 電壓。

早期 CPU（286～486 時代）的核心電壓與 I/0 一致，通常為 5V，由于當時的制造工藝相對落后，以致 CPU 的發熱量過大，導致其壽命縮短。不過那時的 CPU 集成度很低，而目前的 CPU 集成度相當高，因此顯得現在的 CPU 發熱量更大。隨著 CPU 的制造工藝的提高，近年來各種 CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢。目前臺式機所用 CPU 內核電壓通常在 1.5 V 以內，筆記本專用CPU 的工作電壓相對更低，從而達到大幅減少功耗的目的，以延長電池的使用壽命，并降低了CPU 發熱量。而且現在的 CPU 會通過特殊的電壓 ID（VID）引腳來指示主板中嵌入的電壓調節器自動設置正確的電壓級別。

許多面向新款 CPU 的主板都會提供特殊的跳線或者軟件設置，通過這些跳線或軟件，可以根據具體需要手動調節 CPU 的工作電壓。很多實驗表明在超頻的時候適度提高核心電壓，可以加強 CPU內部信號，對 CPU 性能的提升會有很大幫助-但這樣也會提高 CPU 的功耗，影響其壽命及發熱量，建議一般用戶不要進行此方面的操作。

此外從 Vinice 核心的 Athlon 64 開始，AMD 在 Socket 939 接口的處理器上采用了動態電壓，在CPU 封裝上不再標明 CPU 的默認核心電壓，同一核心的 CPU 其核心電壓是可變的，不同的 CPU 可能會有不同的核心電壓：1.30 V、1.35 V 或1.40 V。

10．CPU流水線和超標量

（1）流水線

對于 CPU 來說，它的工作可分為獲取指令、解碼、運算、結果幾個步驟。其中前兩步由指令控制器完成，后兩步則由運算器完成。按照傳統的方式，所有指令按順序執行，先由指令控制器工作，完成一條指令的前兩步，然后運算器工作，完成后兩步，依此類推。很明顯，當指令控制器工作時運算器基本上處于閑置狀態，當運算器在工作時指令控制器又在休息，這樣就造成了相當大的資源浪費。于是 CPU 借鑒了工業生產中被廣泛應用的流水線設計，當指令控制器完成了第一條指令的前兩步后，直接開始第二條指令的操作，運算器單元也是如此，這樣就形成了流水線。流水線設計可最大限度地利用 CPU 資源，使每個部件在每個時鐘周期都在工作，從而提高了 CPU 的運算頻率。

（2）超標量

超標量是指在一個時鐘周期內 CPU 可以執行一條以上的指令。這在 486 或者以前的 CPU 上是很難想象的，只有 Pentium 級以上 CPU 才具有這種超標量結構。這是因為現代的 CPU 越來越多地采用了 RISC 技術，所以才會有超標量的 CPU。

制作工藝

通常我們所說的 CPU 的“制作工藝”指的是在生產 CPU 過程中，要進行加工各電路和電子元件，制造導線連接各個元器件。通常其生產的精度以微米（μm）（長度單位，1 微米等于千分之一毫米）來表示，現在已經完全實現納米（nm）（1 納米等于千分之一微米）級的制造工藝，像目前最新的 core i7 最先進的生產工藝可以達到 12 納米，而剛剛發布的嵌入式處理器高通驍龍 835 CPU 則是采用臺積電的 10 納米的制造工藝，使得不到硬幣大小的面積上，集成了驚人的 30 億個晶體管。精度越高，生產工藝越先進，在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線變得更細，并提高了 CPU 的集成度，從而使 CPU 的功耗更小。提高處理器的制造工藝具有重大的意義，因為更先進的制造工藝會在 CPU 內部集成更多的晶體管，使處理器實現更多的功能和更高的性能；更先進的制造工藝會使處理器的核心面積進一步減小，也就是說在相同面積的晶圓上可以制造出更多的 CPU 產品，直接降低了 CPU 的產品成本，從而最終會降低 CPU 的銷售價格，使廣大消費者得利；更先進的制造工藝還會減少處理器的功耗，從而減少其發熱量，解決處理器性能提升的障礙。處理器自身的發展歷史也充分地說明了這一點。先進的制造工藝使 CPU 的性能和功能一直增強，而價格則一直下降，使得計算機從以前大多數人可望而不可即的奢侈品變成了現在所有人的日常消費品和生活必需品。

TDP功耗

熱設計功耗（Thermal Design Power，TDP）是反映一顆處理器熱量釋放的指標，它的含義是當處理器達到負荷最大的時候，釋放出的熱量，單位為瓦（W）。
CPU 的 TDP 功耗并不是 CPU 的真正功耗。功耗（功率）是 CPU 的重要物理參數，根據電路的基本原理，功率( P ) = 電流( A ) \times 電壓( V )。所以，CPU 的功耗（功率）等于流經處理器核心的電流值與該處理器上的核心電壓值的乘積。而 TDP 是指 CPU 電流熱效應以及其他形式產生的熱能，它們均以熱的形式釋放。顯然 CPU 的 TDP 小于 CPU 功耗。換句話說，CPU 的功耗很大程度上是對主板提出的要求，要求主板能夠提供相應的電壓和電流；而 TDP 是對散熱系統提出要求，要求散熱系統能夠把 CPU 發出的熱量散掉，也就是說 TDP 功耗是要求 CPU 的散熱系統必須能夠驅散的最大總熱量。

現在 CPU 廠商越來越重視 CPU 的功耗，因此人們希望 TDP 功耗越小越好，越小說明 CPU 發熱量小，散熱也越容易，對于筆記本來說，電池的使用時間也越長。Intel 和?AMD 對 TDP 功耗的含義并不完全相同。AMD 的 CPU 集成了內存控制器，相當于把北橋的部分發熱量移到 CPU 上了，因此兩個公司的 TDP 值不是在同一個基礎上，不能單純從數字上比較。另外，TDP 值也不能完全反映 CPU 的實際發熱量，因為現在的 CPU 都有節能技術，實際發熱量顯然還要受節能技術的影響，節能技術越有效，實際發熱量越小。

TDP 功耗可以大致反映出 CPU 的發熱情況，實際上，制約 CPU 發展的一個重要問題就是散熱問題。溫度可以說是 CPU 的殺手，顯然發熱量低的 CPU 設計有望達到更高的工作頻率，并且在整套計算機系統的設計、電池使用時間乃至環保方面都是大有裨益。

雙核及多核 CPU 主要參數

雙核處理器是基于單個半導體的一個處理器擁有兩個一樣功能的處理器核心。換句話說，將兩個物理處理器核心整合入一個核中。雙核心處理器技術的引入是提高處理器性能的有效方法。因為處理器實際性能是處理器在每個時鐘周期內所能處理指令數的總量.因此增加一個內核，處理器每個時鐘周期內可執行的單元數將增加 1 倍。

Intel 的雙核處理器

Intel 的雙核處理器分成 PemtiumD、酷睿、酷容2 和至強系列。

PentinmD 的主要參數

PentiumD 分為 800 系列和 900 系列，都是 Netburst 架構。PD800 系列代號：Smithficld，FSB 分為 533 MHz 和 800 MHz 兩種，集成 IMB 緩存，制程 90nm，沒有超線程技術，用北橋承擔仲裁器；PentiumD 900 系列代號：Presler，使用 2 個 Cedar Mil 處理器，制程 65 nm，都支持 64 位（EM64T）技術，每個 CPU 獨享 2 MB緩存。目前只有 945 以上的芯片組支持 PentiumD 處理器。

酷睿、酷睿2系列的主要參數

只有 14 級流水線，相對于 P4 Northwood 的 20 級和 P4Prescol 的 31 級減少了很多；酷睿的架構是類似 PentiumM Banias 的低功耗、高效率設計．比 Pentium D列效率高出 40 ％，同時保留了EM64T 技術。FSB 方面：奔騰雙核 E2000／E5000 和 E6000 系列都為 800 MHz FSB；酷睿2E7000 系列的 FSB 升級到 1066 MHz；酷睿 2E8000 系列都是 1333 MHz FSB；酷睿采用共享二級緩存的方式，減少使用前端總線進行數據交換，效率更高。其主要產品有 Intel core 2 Duo E7200。

Intel Core 2 Duo E7200 處理器是一款雙核產品，擁有 1066 MHz 前端總線，主頻為 2.53 GHz，并且擁有不錯的超頻潛力，深受主流 DIY 用戶的青睞。Intel Core2 Duo E7200 處理器基于 45 nm 工藝制程，外頻為 266 MHz，倍頻為 9.5。處理器采用雙核心設計，內建 4.1 億個晶體管組成，核心代號為與 E8000 系列相同的 Wolfdale，它采用 LGA775 接口，二級緩存為 3 MB。值得一提的是，E7000 系列加入了 SSE4.1 指令集，這讓其在視頻制作等方面的應用上擁有更多優勢。

AMD Phenom X3 8450

AMD Phenom X3 系列三核心處理器采用了與四核心產品完全一樣的微架構，是一款很受用戶關注的產品，性價比非常突出。

AMD Phenom X3 8450 處理器基于 65 nm 工藝制程，核心代號 Toliman，采用 SocketAM2＋接口，處理器外頻 200 MHz，倍頻 10.5，主頻為 2.1 GHz。AMD Phenom X3 8450 擁有 3x512 KB的二級緩存和 2 MB三級緩存。它支持 HyperTransport 3.0 總線，支持 SSE、SSE2、SSE3、SSE4A 多媒體指令集以及 X8664 指令集。

CPU參數解讀實例

（1）Intel 系列

Pentium 系列和 Celeron 系列，我們拿到任意一顆 CPU 都可以從其外面殼上看到以上的信息，Pentium 系列和 Celeron 系列 CPU 上面參數的含義詳解如下：

①Intel Pentium 4

第1、2行：Intel Pentium 4，即P4處理器。

?第3行：3.00GHz／1M／800，分別表示處理器的主頻／L2高速緩存大小／前端總線頻率，因此這是一顆主頻為 3.00 GHz、L2 高速緩存有 1 MB、前端總線 800 MHz 的 P4 處理器。

第4行：SL7PM PHILIPPINES，SL7PM 表示處理器的 SSpec 編號，從這個編號也可以查出處理器的其他指標，是否盒裝也是靠這個編號來識別的。SSpec 編號后面是生產的產地，這個處理器是菲律賓生產的，此外還有 MALAYSIA（馬來西亞）、COSTA RICA（哥斯達黎加）等其他地區。

第5行：7517A501，表示產品的序列號，這是一個全球唯一的序列號，每個處理器的序列號都不相同，區域代理在進貨時會登記這個編號，從這個編號也可以了解處理器到底是經過什么渠道進入零售或品牌機市場的。

②Intel CELERON D

第1、2行：Intlel CELERON D，即 Intel CELERON D 處理。

第3行：352 SL96P COSTA RICA 中的 352 是 Intel 處理器上的一個產品編號，和下面的 3.20 GHz 是相對應的，也就是說不同的數字代表不同的頻率；SL96P 叫 SSpec 編碼，是 Intel 為了方便用戶查詢其 CPU 產品所制定的一組編碼，此編碼通常包含了 CPU 的主頻、二級緩存、前端總線、制造工藝、核心步進、工作電壓、耐溫極限、CPU ID 等重要的參數；COSTA RICA 是該 CPU 的產地。