第2章 中央处理器
中央处理器（CPU）是计算机最重要的组成部分，其规格与频率常用来衡量计算机的性能。多年来，CPU的发展一直遵循“摩尔定律”：CPU性能每隔18个月提高一倍，价格下降一半。现在CPU仍朝着多核心、多线程的方向发展。
2.1 CPU的发展历史
Intel x86架构从1978年到现在已经经历了30多个年头，x86架构的CPU处处影响着如今的计算机用户。下面以Intel公司为主线，介绍CPU的发展历史。
Intel公司
成立于1968年，是x86体系CPU最大的生产厂家。Intel这个英文单词是由Integrated Electronics（集成/电子）两个英文单词组合成的。
AMD（Advanced Micro Devices，超微半导体）公司
于1969年5月1日成立，总部位于美国加利福尼亚州桑尼维尔。其在台式机CPU市场上的占有率仅次于Intel公司，是全球第二大处理器生产商。
2.1.1 4位处理器
1971年，Intel公司成功地把传统的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上，发布了第一款微处理器芯片Intel 4004处理器，如图2-1所示。Intel 4004处理器的字长为4bit（位），采用10μm（微米）制造工艺，16针DIP封装，芯片核心尺寸为3mm×4mm，共集成有2300个晶体管，时钟频率为1MHz，每秒运算能力为6万次，其中包含寄存器、累加器、算术逻辑部件、控制部件、时钟发生器及内部总线等。
2.1.2 8位处理器
1972年，Intel公司研制出Intel 8008处理器，字长为8bit，晶体管数量为3500个，速度为200kHz。Intel 8008处理器的性能是Intel 4004处理器的两倍，如图2-2所示。
1974年Intel研制出Intel 8008处理器的改进型号8080，集成度提高了约4倍，每片集成了6000个晶体管，主频为2MHz，采用6μm制造工艺，如图2-3所示。Intel 8080处理器主要应用于控制交通信号灯。当年，爱德华·罗伯茨用Intel 8080处理器作为CPU制造了第一台“牛郎星”个人计算机。
图2-1 Intel 4004处理器
图2-2 Intel 8008处理器
图2-3 Intel 8080处理器
其他公司生产的微处理器还有Motorola 6502/6800，以及1976年Zilog公司的Z80。
2.1.3 16位处理器
1.Intel 8086/8088处理器
1978年6月8日，Intel公司推出了首枚16位微处理器Intel 8086处理器，如图2-4所示。Intel 8086处理器集成了2.9万个晶体管，采用3μm制造工艺，时钟频率为4.77MHz，内部数据总线（CPU内部传输数据的总线）、外部数据总线（CPU外部传输数据的总线）位宽均为16bit，地址总线位宽为20bit，可寻址1MB内存。Intel 8086处理器的诞生标志着x86架构的开始，到今天它仍然是所有x86兼容处理器的基础。
不过，这款16位处理器的高昂价格阻止了其在计算机中的应用。于是，1979年，Intel又推出了Intel 8086处理器的简版—8位的Intel 8088处理器，如图2-5所示。Intel 8086处理器和Intel 8088处理器的内部数据总线位宽均为16bit，而Intel 8088处理器的外部数据总线位宽为8bit。因为当时的大部分设备和芯片都是8bit的，Intel 8088处理器的外部数据总线传送、接收8bit数据，能与这些设备相兼容。Intel 8088处理器采用40针的DIP封装，工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz，处理器核心集成了大约2.9万个晶体管。在Intel 8088处理器的架构上，已经可以运行较复杂的软件，因此使研制商用计算机成为可能。1981年，IBM公司将Intel 8088处理器用于其研制的IBM PC中，从而开创了全新的计算机时代。
2.Intel 80286处理器
1982年，Intel推出了Intel 80286处理器，其内部包含13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线位宽皆为16bit，地址总线位宽为24bit，可寻址16MB内存。Intel 80286处理器有两种工作方式：实模式和保护模式。图2-6所示是Intel 80286处理器的外观。IBM公司将Intel 80286处理器用在IBM PC/AT中。
图2-4 Intel 8086处理器
图2-5 Intel 8088处理器
图2-6 Intel 80286处理器
2.1.4 32位处理器
1.Intel 80386DX处理器
1985年，Intel发布了Intel 80386DX处理器，如图2-7所示。其内部包含27.5万个晶体管，工作频率为16MHz，后来逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz和40MHz。Intel 80386DX处理器的内部和外部数据总线位宽都为32bit，地址总线位宽也为32bit，可以寻址到4GB内存，并可以管理64TB的虚拟存储空间。除具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟86”的工作模式，可以通过同时模拟多个Intel 8086处理器来提供多任务能力。
图2-7 Intel 80386DX处理器
Intel公司发布80386DX处理器后，AMD、Cyrix、IBM、TI等公司也开始生产与80386DX处理器兼容的处理器。Motorola公司在此期间开发出了68030 CPU，用于Apple计算机。
2.Intel 80486DX处理器
1989年，Intel推出了Socket 1接口的Intel 80486DX处理器，如图2-8所示。80486DX为32位微处理器，集成了125万个晶体管，其时钟频率从25MHz逐步提高到33～50MHz。80486DX处理器将80386DX和80387数字协处理器以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并且在80x86系列中首次采用了RISC技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。
AMD、Cyrix、IBM、TI等公司也推出了与80486DX兼容的CPU芯片，如图2-9所示。
图2-8 Intel 80486DX处理器
图2-9 其他兼容80486DX的CPU芯片
处理器的频率越来越快，但是PC外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了处理器主频的进一步提高。在这种情况下，从80486DX开始首次出现了处理器倍频技术。该技术使处理器内部工作频率为处理器外部总线运行频率的2倍或4倍，486DX2与486DX4的名字便是由此而来的，如图2-10所示。例如，80486DX2-66处理器的频率是66MHz，而主板的外频是33MHz，即CPU内频是外频的2倍。
80486处理器首次采用了Socket接口架构，通过主板上的处理器接口插座与处理器的插针接触。不过，由于是第一次采用这种架构，因此486处理器时代存在着多种Socket处理器接口，如Socket 1、Socket 2与Socket 3等。所以，从那时开始就可以升级CPU，而不是像以前那样将CPU直接焊接在主板上。也是自从那时开始，DIY（Do It Yourself）成为可能。
图2-10 Intel 80486DX4处理器
3.Intel Pentium处理器
1993年，Intel公司发布了Intel Pentium处理器。Pentium处理器集成了310万个晶体管，最初推出时的初始频率是60MHz与66MHz，后来提升到233MHz以上。Pentium系列产品经历了3代，处理器的接口分别采用Socket 4、Socket 5和Socket 7。Intel Pentium处理器的外观如图2-11所示。
其他公司生产的与Pentium处理器属于同一级别的处理器有AMD K6处理器与Cyrix 6x86MX处理器等，如图2-12和图2-13所示。
图2-11 Intel Pentium处理器
图2-12 AMD K6处理器
图2-13 Cyrix 6x86MX处理器
4.Intel PentiumⅡ处理器
1997年Intel公司发布的Intel PentiumⅡ处理器集成了750万个晶体管，整合了MMX指令集，时钟频率为233～333MHz，处理器接口也从Socket 7转向Slot 1，如图2-14所示。
同期，AMD公司和Cyrix公司分别推出了同档次的AMD K6-2处理器和Cyrix MⅡ处理器，如图2-15和图2-16所示。
图2-14 Intel PentiumⅡ处理器
图2-15 AMD K6-2处理器
图2-16 Cyrix MⅡ处理器
5.Intel PentiumⅢ处理器
1999年，Intel公司发布了Intel PentiumⅢ处理器，如图2-17所示。它采用0.25μm制造工艺，集成了950万个晶体管，采用Slot 1接口，系统总线频率为100MHz或133MHz，新增加了SSE指令集，初始主频为450MHz。其后，Intel相继发布了主频为500～600MHz的多个不同版本的处理器。
2000年3月，AMD公司领先于Intel公司推出了1GHz的AMD Athlon（K7）微处理器，其性能超过了Intel PentiumⅢ处理器，如图2-18所示。
图2-17 Intel PentiumⅢ（Slot 1接口）处理器
图2-18 AMD Athlon（K7）微处理器
为了降低成本，后来的Intel PentiumⅢ处理器都改为Socket 370接口，时钟频率有667MHz、733MHz、800MHz、933MHz和1GHz等，其外观如图2-19所示。
同期，AMD公司推出了AMD Athlon处理器，如图2-20所示。它采用462针的Socket A接口，时钟频率为700MHz～1.4GHz，内建MMX和增强型3DNow！技术。
图2-19 Intel Pentium Ⅲ（Socket 370接口）处理器
图2-20 AMD Athlon处理器
6.Intel Pentium 4处理器
Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器，采用Socket 423接口和0.18μm制造工艺，有4200万个晶体管，主频为1.4～2.0GHz。后期的Pentium 4处理器均改为Socket 478接口，0.13μm制造工艺，集成了5500万个晶体管，主频为1.8～2.4GHz，如图2-21所示。
同期，AMD公司推出了AMD Athlon XP处理器，如图2-22所示，仍采用Socket A接口，以全面对抗Pentium 4处理器。Athlon XP具有当时最强大的浮点单元设计和优秀的整数计算单元，广泛测试显示，Pentium 4处理器需要多付出300～400MHz的工作频率才可以获得与Athlon XP处理器相当的性能。
2004年6月，Intel公司推出了LGA775接口的Pentium 4、Celeron D及Pentium 4 EE处理器。Intel LGA775接口的Pentium 4处理器的外观如图2-23所示。
图2-21 Inel Pentium4（Socket 478接口）处理器
图2-22 AMD Athlon XP处理器
图2-23 Intel Pentium 4（LGA775） 处理器
2.1.5 64位处理器
对x86架构进行扩展，从而实现同时兼容32位和64位运算，这一理念是由AMD公司率先提出的，但当时Intel公司曾多次公开对此进行否定和嘲笑。事实证明，2003年AMD公司发布的针对桌面的Athlon 64处理器以及针对服务器/工作站的Opteron处理器，取得了非常大的成功，兼容32/64位运算，使平台过渡顺利而稳定。
1.AMD Athlon 64系列
2003年9月，AMD公司发布了Athlon 64系列处理器（也称为K8架构处理器）。K8架构处理器有许多架构方面的改进，重点则是在将北桥芯片中的内存控制器整合到了处理器内部。K8架构处理器的很多设计理念非常超前，并且提供了出色的性能。K8架构处理器在很多应用上都领先于当时的Intel Pentium D处理器。AMD Athlon 64处理器的实际初始频率为2.0GHz，PR（Pentium- Rate，表示AMD CPU的频率）值为3200+，如图2-24所示。
图2-24 AMD Athlon 64处理器
2.Intel Pentium 464位系列
Intel公司于2005年2月发布了桌面64位双核处理器Intel Pentium D，如图2-25所示，采用LGA775接口，频率分别为2.8GHz、3.0GHz及3.2GHz，并冠以“6XX”的名称。后来推出的Pentium 45XX系列处理器、入门的Celeron D处理器中也引入64位技术。
2.1.6 64位双核/四核处理器
1. Intel双核/四核处理器
图2-25 Intel Pentium D处理器
2006年7月，Intel公司发布了全新的微架构桌面处理器——Core 2 duo（酷睿2），并且宣布正式结束Pentium时代。Core 2桌面双核处理器分为Core 2 Duo（酷睿2双核心版，Duo代表多核）和Core 2 Extreme（Core 2极品版）两种。Core 2处理器采用65nm制造工艺和LGA775接口。其外观如图2-26所示。
Intel公司于2006年11月发布了四核桌面处理器，频率为2.4～2.83GHz，分别采用65nm和45nm制造工艺，LGA775接口。
2009年6月，Intel公司发布了采用45nm制程Nehalem微架构的Core i7处理器，采用LGA1366接口。Core i7处理器的性能大幅领先于Core 2 duo处理器。
图2-26 Intel Core 2处理器
2.AMD桌面双核/四核处理器
2005年5月，AMD公司发布了第一款64位双核处理器——基于K8架构的Athlon 64 X2系列（包括4800+、4600+、4400+及4200+等）处理器，采用Socket 939接口。
2007年11月，AMD公司发布了基于全新K10架构的四核Phenom处理器系列，采用65nm工艺、Socket AM2+接口。AMD Phenom处理器的外观如图2-27所示。
2009年6月，AMD公司推出了K10.5架构的双核/四核处理器Phenom II、Athlon II，接口为AM3，采用先进的45nm SOI制造工艺。AMD基于Socket AM3（938）接口、45nm制造工艺、K10.5架构的处理器产品分为两大系列：Phenom（羿龙）II和Athlon（速龙）II。采用原生六核、四核或两核设计，CPU内同时内置DDR2和DDR3内存控制器，可支持两种内存，支持HT 3.0总线，支持4.0GT/s 16位连接，提供最高16GB/s的输入/输出带宽，主频为2.6～3.2GHz。
图2-27 AMD Phenom处理器
2.1.7 Intel 64位酷睿多核处理器
自2006年发布Core 2处理器后，Intel公司就以Tick-Tock钟摆节奏有规律地更新处理器。Tick-Tock指的是制程与架构交替更新的演进方案。按照Intel公司的计划，每两年进行一次制程与架构升级，其中Tick年代表制程工艺的升级，Tock年是在维持相同制程工艺的前提下进行微架构的革新，如图2-28所示。
图2-28 Intel CPU的“Tick-Tock”节奏及历代CPU产品的代号
例如，Intel公司在2014年推出的第五代酷睿（Broadwell）属于Tick年，而2015年推出的第六代酷睿（Skylake）则是Tock年（见表2-1）。如果按照这个定律，应该于2016年上市的第七代酷睿（Kaby Lake）属于Tick年，采用10nm制程。但是，由于Intel在10nm研发和商业化量产上遇到了麻烦，因此很难按原计划应用在Kaby Lake架构处理器上。10nm制程工艺之后的7nm也将向后推迟。受限于物理学的障碍，Tick-Tock节奏已经很难继续下去。
表2-1 Intel公司“Tick-Tock”节奏历代CPU产品对应表
为了顺利推出Kaby Lake，Intel公司不得不在Tick-Tock后面塞进了一个优化的环节，于是，Tick-Tock节奏就变成了Process-Architecture-Optimization（制程-架构-优化）。Kaby Lake的制程还是14nm，但Intel公司将其称为14nm+，Coffee Lake的制程称为14nm++。
1.Intel第一代酷睿系列处理器
2010年1月，Intel公司发布了酷睿系列（Core i系列）处理器，Core是核心、芯片的意思，而i则是智能、智慧（Intelligence）的意思，它们相比以往的CPU更加智能，Intel公司称它们为智能处理器。Core i分为旗舰版、高端、中级、低级和入门级5个系列，分别是六核的Core i7 Extreme Edition（旗舰版）、四核的Core i7、四核或两核的Core i5、两核的Core i3、Pentium，分别对应5个级别的用户。Intel Corei系列处理器采用45nm制造工艺，采用LGA 1366接口和LGA 1156接口。Intel Core i系列处理器的标识如图2-29所示。i5-600系列处理器基于Westmere架构，核心代号为HD，采用32nm CPU+45nm GFX制造工艺，是Intel公司PC史上第一款集成显卡的CPU。Intel Core i5-655K处理器的外观如图2-30所示。第一代Core i系列处理器对应的主板芯片组是Intel H55/H57。
图2-29 Intel Core i系列处理器的标识
图2-30 Intel Core i5-655K处理器
Intel官方认为第一代处理器是酷睿i5-655K、微架构代号Westmere/Clarkdale、基于32nm制程的双核处理器。之所以将其定义为第一代酷睿，主要是因为其图形核心（Graphics Core）。在Clarkdale上，Intel首次将图形核心整合到CPU封装系统中。
2.Intel第二代酷睿系列处理器
2011年1月，Intel公司发布了第二代Core i系列处理器Core i7/i5/i3/Pentium，命名为第二代智能酷睿处理器，分为高端、中、低、入门级4个系列，均采用32nm制造工艺的Sandy Bridge微架构。第二代Core i7/i5/i3/Pentium处理器采用了全新的标识，如图2-31所示。
第二代酷睿处理器更多的意义在于规范化产品线，包括定位、命名等。第二代产品统一命名为2000系列，以第二代Core i72600为例，如图2-32所示，“Core”是处理器品牌，“i7”是定位标识，“2600”中的“2”表示第二代，“600”是该处理器的型号。型号后面的字母有4种：不带字母、K、S、T。不带字母的是标准版；“K”是不锁倍频版，面向超频用户；“S”是节能版，默认频率比标准版稍低，但睿频（指当启动一个远行程序后，处理器会自动加速到合适的频率）幅度与标准版一样；“T”是超低功耗版，默认频率比睿频幅度更低，更为节能。
图2-31 Intel第二代Core i系列处理器的标识
图2-32 Intel第二代Core i系列处理器的命名方式
第二代Core i处理器均内置了显示卡（GPU）。CPU和GPU真正封装在同一晶片上，GPU已成为第二代Core i内部的一个处理单元，Intel称之为“核芯显卡”。核芯显卡有HD Graphics 2000和HD Graphics 3000两种版本，两款显示卡均支持DirectX 10.0特效、OpenGL 2.0运算、3D技术。第二代Core i产品采用LGA 1155接口，搭配的主板有3种，分别是P67、H67和H61。
图2-33所示是Intel Core i32100处理器的外观，CPU部分采用原生双核设计，通过超线程技术提供4个线程，CPU部分不支持睿频加速技术，但核芯显卡支持睿频。核芯显卡为HD Graphics 2000，具备6个处理单元（EU），默认频率为850MHz，可睿频到1.1GHz，支持DX 10.1技术。CPU和核芯显卡共享3MB缓存，TDP（Thermal Design Power，热设计功耗）为65W。
图2-33 Intel Core i32100处理器
3.Intel第三代酷睿系列处理器
2012年4月，Intel公司发布了第三代Core i系列处理器Core i7/i5/i3和Pentium，命名为第三代智能酷睿处理器。把工艺更新到22nm，微构架为Ivy Bridge，它只是Sandy Bridge的改进版，并非全新微架构。第三代Core i7/i5/i3内置新一代核芯显卡，有两种型号的核芯显卡，高端型号命名为HD 4000，主流型号命名为HD 2500，这是Ivy Bridge最大的改进部分。第三代产品与第二代产品相同，采用LGA 1155接口，两者兼容。
第三代Intel Core i7/i5/i3的命名方式是基于第二代的，其4个数字序列中的第一个数字升级为3，例如Intel Core i3-3220。图2-34所示是Intel Core i3-3220处理器的外观。
图2-34 Intel Core i33220处理器
4.Intel第四代酷睿系列处理器
2013年6月，Intel公司发布了采用22nm的Haswell架构的第四代智能酷睿处理器Core i7/i5/i3/Pentium，分别为高端、中、低、入门级4个系列。Haswell架构使用了新的产品Logo，Logo图标改成Windows 8风格，如图2-35所示。2014年9月发布了Haswell升级版Haswell Refresh（Haswell-R），只是升级了主频，其他没有变化。
第四代智能酷睿处理器的命名方式基于一种字母数字方案，即以品牌及其标识符开头，随后是代编号和产品系列。4个数字序列中的第一个数字表示处理器的代编号，接下来的三位数是SKU编号。在适用的情况下，处理器名称末尾有一个代表处理器系列的字母后缀。以Core i7-4770K为例，“Core”是处理器品牌，“i7”是定位标识，“4770”中的“4”代表第四代，“770”是具体型号，“K”代表不锁倍频版。
图2-35 第四代智能酷睿使用全新系列的标识
第四代智能酷睿处理器在性能与上一代产品差距不大，主要特性是采用Haswell新架构，22nm工艺制造，晶体管数量是14亿个，而且集成了完整的电压调节器；添加了新的指令集；核芯显卡更新为HD 4400/4600，支持DX 11.1、OpenGL 1.2，优化3D性能，支持HDMI、DP、DVI、VGA接口标准。CPU接口更换为LGA 1150，不兼容旧平台，对应全新的8系列主板，包含H81/B85/H87/Z87四个芯片组，全线整合了原生USB 3.0、SATA 3.0接口。图2-36所示是Intel Core i3-4130处理器的外观。
图2-36 Intel Core i3-4130处理器的外观
除桌面处理器外，Intel公司还推出了Intel服务器版本的至强Xeon处理器，包括入门级的Xeon E3-1200 v3处理器和性能级的Xeon E5-2600 v2处理器。
5.Intel第五代酷睿系列处理器
2015年1月，Intel公司发布了代号为Broadwell的第五代酷睿处理器。第五代酷睿处理器最大的改变是采用14nm的制程工艺，处理器的架构基本保持不变，第五代酷睿Broadwell和第四代酷睿Haswell一样，处理器内部设计依然保留了内置FIVR（全集成式电压调节模块），而不像第六代酷睿Skylake那样将“FIVR整体移除”，这就是所说的处理器的架构基本保持不变的所在。第五代酷睿Broadwell处理器仅支持DDR3内存，不支持DDR4内存，还是双通道DDR3。其使用的是LGA 1150接口，与第四代一样沿用Intel 9系列芯片组（Z97主板能用）。
Intel第五代Broadwell处理器包含4类核芯显卡型号，分别为GT1、GT2、GT3与GT3（28W）。其中GT3（28W）性能最高，为Intel Iris Graphics 6100或Iris Pro Graphics 6200，拥有48个执行单元，并且自带128MB增强动态随机存取存储器（eDRAM）的显示缓存；其次是GT3，也就是Intel HD Graphics 6000，拥有48个执行单元，但是频率略低；然后是GT2，即Intel HD Graphics 5500，拥有24个执行单元，低端i3为23个执行单元；最后是GT1，对应的是Intel HD Graphics，被削减得仅有12个执行单元，性能较低。
第五代智能酷睿处理器的命名方式是基于第四代的，以Core i7-5775C为例，“Core”是处理器品牌，“i7”是定位标识，“5775”中的“5”代表第五代，“775”是具体型号，“C”代表不锁倍频版。“C”后缀，与之前K系列命令方式中的“K”大同小异，都能够自由超频；不同的是，Broadwell内置了代号为Crystalwell的第4级缓存eDRAM，所以Intel公司另起了后缀，让“C”成为它的专属。
第五代Broadwell桌面版只有两款产品，分别是i7-5775C、i5-5675C，搭载Iris Pro Craphics 6200核芯显卡，TDP均为65W。图2-37所示是Intel Core i5-5675C处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据。
图2-37 Intel Core i5-5675C处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据
由于Skylake处理器不支持X99主板，Intel公司于2016年5月发布了采用14nm制程的Broadwell-E系列处理器，采用LAG 2011-3接口，包括i7-6950X、i7-6900K、i7-6850K和i7-6800K，内核数分别为10、8、6、6个，内核时钟分别为3.00GHz、3.30GHz、3.60GHz、3.40GHz。
6.Intel第六代酷睿系列处理器
2015年8月，Intel第六代酷睿（代号Skylake）架构处理器发布。Skylake采用14nm制程工艺新架构，性能更强，超频潜力更大；核芯显卡增强，升级为第九代核芯显卡；接口改变，使用LGA 1151接口，不兼容旧平台；同时支持DDR4和DDR3L（低电压）。原先从Haswell时代开始整合的电压调节器，从Skylake中移除，重新整合到主板上。第六代酷睿Skylake处理器搭配全新Intel 100系列芯片组（最高端是Z170主板）。
核芯显卡升级为第九代架构，并且启用了新的三位数字命名方式HD 530，GT2级别，24个执行单元。同时解码能力得到进一步加强，支持JPEG、JMPEG、MPEG2、VC1、WMV9、AVC、H.264、VP8、HEVC/H.265硬件解码，支持最新版本的DirectX、OpenGL和OpenGL API等。
第六代智能酷睿处理器的命名方式同样是基于第四代的。第六代Skylake高中端处理器主要包括i7/i5系列的i7-6700K、i7-6700、i5-6600K、i5-6600、i5-6500、i5-6400。中端处理器主要包括i3系列的i3-6300、i3-6100。中低端处理器主要包括奔腾系列的Pentium G4500、Pentium G4400。入门处理器则为赛扬G3900、G3920、G3900T。
图2-38所示是Core i7-6700K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据。Core i7-6700K处理器采用4核8线程设计，默认主频为4.0GHz，通过睿频加速最高频率可以达到4.2GHz，8MB的三级缓存，支持DDR3L1600、DDR4-2133内存。
图2-38 Intel Core i7-6700K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据
此外，第六代高端处理器还包括服务版本的至强E31230 V5。
7.Intel第七代酷睿系列处理器
2017年1月，Intel公司发布了桌面版的第七代智能酷睿处理器，产品采用了全新的Kaby Lake架构，但依然是14nm制程工艺，Intel将其称作14nm+。其他参数部分，Kaby Lake系列新品将原生支持2400MHz DDR4内存，并且最高可支持4000MHz以上内存频率。Kaby Lake依然采用LGA 1151接口，搭配200系列芯片组，同时兼容上代100系列芯片组。
Kaby Lake的核芯显卡为HD 620，可以解码编码HEVC 10-bit与VP9格式的4K视频，在编辑或播放视频时能耗更低。Intel公司的官方数据表示Kaby Lake处理器播放4K HEVC 10-bit视频的续航时间相较于上一代提升了2.6倍。自Kaby Lake起，Intel芯片全面支持4K。
Kaby Lake系列新品原生支持Thunderbolt 3接口。微软官方宣布不再为Kaby Lake提供Windows 10以下版本的软件支持，微软认为这样做对PC市场和消费者都有好处。
Intel公司在发布Skylake处理器时启用了新的“拟物化”CPU标识，取消了以前的inside标识，加上了“7th Gen”的字样，如图2-39所示。
图2-39 第七代智能酷睿处理器使用的标识
第七代智能酷睿处理器的命名方式同样是基于第四代的。第七代Kaby Lake桌面高中端处理器主要包括四核的i7/i5系列的i7-7700K、i7-7700、i7-7700T、i5-7600K、i5-7600、i5-7600T、i5-7500、i5-7500T、i5-7400、i5-7400T，K为不锁频版本，T为低电压版本，核心时钟频率从4.2～2.4GHz。图2-40所示是Intel i5-7600K的外观及用 CPU-Z测试得到的数据。
图2-40 Intel Core i5-7600K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据
8.Intel第八代酷睿系列处理器
2017年8月，Intel第八代酷睿处理器上市，产品采用Coffee Lake架构，制程工艺从上代的14nm+升级到14nm++。产品主要有i7、i5和i3系列，主要包括i7、i5、i3系列各两颗（一颗无锁频的K系列，一颗普通版的），i7-8700K/8700皆为6核12线程、i5-8600K/8400皆为6核6线程、i3-8350K/8100则皆为4核4线程。入门的奔腾、赛扬系列，以及发烧级i9系列处理器也将陆续上市。第八代酷睿桌面处理器整合的核芯显卡还是GT2级别的，24个EU单元，名字变成了UHD Graphics 630。第八代处理器仍然采用LGA1151封装接口，兼容第六代Skylake及第七代Kaby Lake。第八代酷睿CPU使用全新的Intel 300芯片组，原生支持USB 3.0，支持DDR4-2666内存，支持雷电3标准，目前300系列只有规格最高的Z370芯片组。Intel第八代酷睿系列处理器的型号及参数见表2-2。
图2-41所示是Core i7-8700K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据。
图2-41 Intel Core i7-8700K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据
图2-42所示是六核的Coffee Lake多晶硅示意图，左上部分是内存控制器，左边是SA（System Agent，系统助手），中间是6个物理核心+L3缓存，右边的部分是UHD 630集成显卡。L3的RING Bus环形总线连接6个核心。SA内有双通道内存控制器和PCI-E控制器。
图2-42 六核的Coffee Lake多晶硅示意图
9.Intel第九代酷睿系列处理器
2018年10月，Intel发布第九代酷睿桌面处理器，首发了3款不锁倍频K系列型号产品，分别是i5-9600K、i7-9700K、i9-9900K，另外还有i5-9600、i5-9500、i5-9400、i5-9400T（低功耗）、i3-9100、i3-9000。采用Coffee Lake-S Refresh架构，第九代芯片继续使用第八代的14nm++工艺制程，最高拥有8核心和16线程，5.0GHz的单核睿频，以及16MB Intel智能高速缓存，具有多达40条平台PCIe 3.0通道，Intel睿频加速技术2.0可支持实现高达5.0 GHz的单核睿频频率。集成核显仍然是第八代酷睿的UHD 630，内存支持双通道DDR4-2666。第九代处理器仍然采用LGA1151封装接口，兼容前几代。为配合第九代酷睿CPU，Intel推出全新Intel Z390芯片组，Z390芯片组包括集成USB 3.1 Gen 2高速端口和集成英特尔Wireless-AC适配器，支持千兆WiFi。第九代酷睿处理器兼容所有Intel 300系列芯片组主板。Intel第九代酷睿系列处理器型号、参数见表2-2。如果是游戏的玩家，Intel推荐使用K系列的产品。如图2-43所示是Core i5-9600K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据。
表2-2 Intel第九代酷睿系列处理器型号、参数
图2-43 Intel Core i5-9600K处理器的外观及用CPU-Z测试得到的数据
10.Intel全新酷睿X系列处理器
2018年11月，Intel发布7款全新的英特尔酷睿X系列处理器（i7-9800X、i9-9820X、i9-9900X、i9-9920X、i9-9940X、i9-9960X和i9-9980XE），如图2-44所示。全新英特尔酷睿 X系列处理器提供了丰富的型号，配备有8到18个核心，最高多达18核心36线程、24.75MB Intel智能高速缓存和高达68条平台PCIe通道。Intel称睿频加速Max技术3.0能够实现高达4.5GHz的单核睿频频率，并支持将最关键的工作负载导向处理器的两个速度最快的核心，以便根据需要提升轻度多线程应用工作负载的性能。X系列的平台主打的市场是内容创建的市场，能够帮助内容创作者组建可扩展性的台式机平台，可支持内容创作者同时快速开展录制、编码、编辑、渲染和转码多项工作。
图2-44 Intel全新酷睿X系列处理器
2.1.8 AMD 64位APU多核处理器
APU（Accelerated Processing Unit，加速处理器）是AMD公司收购ATI公司之后提出的，它把CPU与GPU的功能融合在一起，封装在一个核心里，是CPU与GPU两种异架构芯片真正融合后的产品，也是计算机中两个最重要处理器的融合，相互补充，实现异构计算加速以发挥最大性能。AMD A系列面向桌面主流市场，A系列APU是AMD公司近几年来最重要的产品之一。AMD A系列APU微架构由5部分融合而成：CPU、GPU、北桥、内存控制器和输入/输出控制器。
AMD的x86架构基本都是4年更换一代，比如2003年的K8（Opteron、Athlon 64），2007年的K10，2011年的Bulldozer（推土机）。
自2011年第一代APU和第一代FX系列处理器发布后，AMD公司便开始实行类似Intel公司的Tick-Tock钟摆更新计划，每年更新一次处理器。AMD微架构的命名都和机械工程相关。AMD公司这几年的CPU架构一直依赖Bulldozer（推土机），之后的应该都是推土机的优化改进版，每年改进一次。后来衍生出了Piledriver（打桩机）、Steamroller（压路机）、Excavator（挖掘机）。2011年的第一代是Bulldozer（推土机），2012年的第二代是Piledriver（打桩机），2013年的第三代是改进的Piledriver（打桩机），2014年的第四代是Steamroller（压路机），2014年的第五代只发布了低耗能版本，2015年的第六代是增强版的Steamroller（压路机），2016年的第七代是挖掘机（Excavator）。AMD APU代号如图2-45所示。
图2-45 2011～2016年的AMD APU代号
AMD公司历代APU产品及其相关参数见表2-3。
表2-3 AMD公司历代APU产品及其相关参数
1.AMD第一代APU处理器
AMD公司于2011年6月发布了研发代号为Llano的第一代AMD A系列APU产品。AMD A系列采用32nm制造工艺，CPU单元基于K10架构，内置HD 6000D系列独立显卡核心，FM1接口，不兼容AM3/AM3+CPU。AMD A系列APU的配套主板是A75和A55。AMD A系列根据CPU核心数目和GPU级别，被划分为A8（四核）、A6（四核）和A4（双核）3个系列，主频为2.1～2.9GHz，其产品标识如图2-46所示。AMD A系列命名为“3系列”，具体型号有A8-3800/3700、A6-3600/3500、A4-3300 AMD A6-3600处理器的外观如图2-47所示。
图2-46 AMD A、FX系列的产品标识
图2-47 AMD A6-3600处理器
AMD公司于2011年9月发布了Bulldozer（推土机）微架构，核心代号为Zambezi的FX系列。AMD FX系列是高端、旗舰级CPU，面向高端桌面市场。AMD FX不属于APU系列。Bulldozer微架构是AMD K10之后的最新一代CPU微架构，Bulldozer微架构的重大改进主要有：采用32nm SOI制造工艺，全新的模块化设计。AMD FX系列，根据CPU的核心数目划分为FX-8000、FX-6000和FX-4000系列，分别代表八核、六核和四核，其中旗舰级的FX-8000系列将成为桌面级第一款八核心CPU。FX系列采用新的封装接口Socket AM3+（向下兼容），可搭配900系列芯片组主板，支持双通道DDR31866MHz内存。
图2-48 AMD A10-5700处理器
2.AMD第二代APU处理器
2012年6月，AMD发布了核心代号为Trinity的第二代APU产品。CPU单元引入模块化打桩机Piledriver架构，第二代APU采用32nm制程工艺，主频为3.4～4.2GHz，GPU部分为HD 7000D系列。第二代APU家族成员由双核的A4、A6和四核的A8、A10组成，命名为“5系列”，处理器具体型号有A10-5800/5700、A8-5600/5500、A6-5400、A4-5300。AMD A10-5700的外观如图2-48所示。第二代APU采用FM2接口，主板可以搭配对应的A55/A75/A85X芯片组，它们所支持的SATA 3、USB 3.0已经逐步成为标准配置。
3.AMD第三代APU处理器
2013年6月，AMD发布了核心代号为Richland的第三代APU产品。这一代属于Trinity的小幅度增强版，AMD将其称为增强打桩机Piledriver。Richland无论架构还是制程工艺都与Trinity相同，沿用FM2接口，基于32nm工艺制作，基础频率突破4.0 GHz，命名为“6系列”。新的系列包括双核和四核产品，TDP分别为65W和100W。Richland APU依旧分为A4、A6、A8和A10四大系列，Richland架构APU有A10-6800K、A10-6700、A8-6600K、A8-6500、A6-6400K等型号（A10、A8为四核，A6为双核），均集成了HD 8000D系列独立显卡核心。此外，Richland支持DDR3-2133内存以及无线显示技术，无线显示技术可以将PC中的画面直接传输到手机、平板电脑、电视等终端。AMD A10-6800K处理器的外观如图2-49所示。
4.AMD第四代APU处理器
2014年1月，AMD发布了第四代APU产品Kaveri APU，命名为“7系列”。Kaveri APU采用模块化Steamroller（压路机）架构，制造工艺28nm；拥有4个CPU核心和8个GPU图形单元，共计12个计算核心（Compute Core）；CPU频率为3.7～4.0GHz，二级缓存4MB，内存支持DDR3-2400。GPU核心为桌面级Radeon R7。TDP为95～45W动态调整。Kaveri APU改用新的FM2+接口，对应芯片组为新推出的A88X、A78。FM2+主板向下兼容FM2 APU。图2-50所示是AMD A10-7850K处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据。
图2-49 AMDA10-6800K处理器
图2-50 AMDA10-7850K处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据
5.AMD第五代APU处理器
2014年5月，AMD公司发布了移动版的低功耗APU Beema/Mullins，28nm制造工艺。这个版本被称为第五代APU。第五代没有桌面版产品。
6.AMD第六代APU处理器
2015年5月，AMD公司发布第六代桌面版APU。第六代桌面版APU采用Godavari架构，依然延续了28nm的制程，FM2+接口。Godavari是对上一代Kaveri架构的改进，最多拥有4个Steamroller（压路机）核心；集成的Radeon 7显卡，基于GCN 1.1架构，集成双通道DDR3内存控制器，支持异构系统架构。
Godavari APU的LOGO标识包括FX、A10、A8。新标识的整体设计和当前的基本一致，不过周边底色从黑色变成了白色，中间背景从纹理变成了硅芯片内核的样子。最关键的变化在于底部，增加了一个“6TH GENERATION”（第六代）的标注（如图2-51所示）。这在APU处理器乃至AMD处理器历史上还是第一次。印上六代标识的意图很清晰，就是为了有更好的市场推广。
第六代在型号命名上变为Ax-8050系列，即大都以50作为数字部分的结尾，包括A10-8850K、A10-8750、A8-8650K、A8-8650、A6-8550K、Athlon X4870K、Athlon X4850、A10 Pro-8850B、A10 Pro-8750B、A8 Pro-8650B、A6 Pro-8550B、A4 Pro-8350B。图2-52所示是AMD A10-8550K处理器的外观。A88X、A78主板同样可以安装第六代APU系列处理器。
7.AMD第七代APU处理器
2016年9月，AMD公司发布了代号为Bristol Ridge的桌面第七代AMD A系列APU产品，CPU架构升级为Excavator（挖掘机）架构。第七代采用改进的28nm制程工艺，SocketAM4封装接口。第七代APU产品有高端的A12、A10，支持DDR4-2400内存；低端的A8、A6、ATHLON支持DDR4-2133。支持USB 3.1、HDMI 2.0、PCI-E 3.0、H.265硬件解码、VP9解码、MJPEG解码。AMD公司为第七代APU准备了三款AM4接口的芯片组，AMD B350对应主流市场，AMD A320对应大众市场，AMD X/B/A300对应小型主板。
图2-51 AMD第六代APU处理器的标识
图2-52 AMD A10-8550K处理器
Bristol Ridge APU的LOGO标识包括A12、A10、A8、A6、ATHLON，新标识的周边为黑色，中间背景为红色纹理，并增加了“7TH GEN”（第七代）的标注，如图2-53所示。
图2-53 AMD第七代APU处理器的标识
第七代桌面级APU（Bristol Ridge）最高端的A12-9800配备4个核心，基础主频3.8GHz、最高4.2GHz；Radeon R7 GPU有512个流处理器，TDP为65W。A10-9700、A8-9600也都是65W的四核心处理器，A6-9500则是65W的双核心处理器。A12-9800E、A10-9700E则都是四核心35W节能型（E表示节能型）处理器。A6-9500E是35W双核心处理器，采用Radeon R5 GPU。在Bristol Ridge中有一款非APU型号为Athlon X4950，采用四核，基础频率3.5GHz，TDP为65W。Bristol Ridge面向的不是零售市场，而几乎全部面向OEM（原始设备制造商）市场。
图2-54所示是AMD A12-9800处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据。
图2-54 AMD A12-9800处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据
2.1.9 AMD 64位锐龙处理器
AMD公司从2012年开始研发Zen微架构处理器，到2017年3月上市，研发Zen微架构处理器花费了将近5年的时间。AMD公司给Zen微架构的处理器起了一个新的名字Ryzen，中文名为锐龙。锐龙Ryzen处理器采用了全新的Zen微架构，跟FX系列推土机架构及更早的羿龙K10架构完全不同，是一次重大升级。包装也做了大革新，意味着一切都是全新的，其标识如图2-55所示。Ryzen要取代的是Bulldozer（推土机）及其后来的改进版本Piledriver（打桩机）、Steamroller（压路机）、Excavator（挖掘机）。
AMD Zen是一次真正从底层开始完全重新设计的CPU架构，性能、能效并重，号称IPC（每时钟周期指令数）比上代挖掘机提升了超过40%。AMD公司称，Ryzen代表新x86架构，将至少维持4年寿命。Ryzen采用全新的AM4处理器接口，1331针。在未来这4年中，AMD公司不是效仿Intel公司的Tick（制程）-Tock（架构），而是tock-tock-tock，也就是每年都有一代Ryzen的新架构。Zen架构是未来多年发展的基础，其中12nm Zen+已经于2018年3月上市，2019年将带来第二代Zen 2，采用新的7nm制程工艺，从多个方面改进架构。再往后就是第三代架构Zen 3，工艺标注为7nm+，也就是升级版7nm，预计大约会在2020年面世。AMD x86处理器计划如图2-56所示。
图2-55 AMD的Ryzen标识
图2-56 AMD x86处理器计划图
第一代Zen架构，高端消费级代号是ThreadRipper（线程撕裂者），不带显示核心的CPU代号是Summit Ridge，带显示核心的APU代号是Bristol Ridge。
第二代Zen+架构，高端消费级代号是ThreadRipper2（线程撕裂者），不带显示核心的CPU代号是Pinnacle Ridge，带显示核心的APU代号是Raven Ridge。
第三代Zen 2架构，高端消费级代号是ThreadRipper2，核心代号为Castle Peak。不带显示核心的CPU代号是Matisse（马蒂斯），带显示核心的APU代号是Picasso（毕加索）。
第四代Zen 3架构，高端消费级代号是NG HEDT（Next-Gen High-DeskTop Top，下一代高端消费级），不带显示核心的CPU代号是Vermeer（弗美尔），带显示核心的APU代号是Renoir（雷诺阿）。
Zen 2、Zen 3的处理器代号会采用新的命名模式，每一代都以一位欧洲知名画家的名字命名。AMD Zen桌面处理器路线及处理器代号见表2-4。
表2-4 AMD Zen桌面处理器路线及处理器代号
锐龙不是APU的升级，所以AMD公司没有称锐龙是第八代APU。除已经面市的Ryzen 5 2400G和Ryzen 32200G集成有Vega GPU外，其他锐龙处理器并不集成GPU显示核心。
除高端消费级的AMD ThreadRipper系列外，锐龙Ryzen的产品及命名包括：旗舰级的Ryzen 7系列、高性能的Ryzen 5系列、主流的Ryzen 3系列。每个系列都采用4位数，其中最高位数字代表代数，第一代为1XXX，第二代为2XXX。后缀的X代表该CPU支持AMD的XFR（自适应动态扩频）技术，能够根据温度和功耗自动提升主频。后缀G代表该CPU带有显卡核心，也就是说，该CPU是APU。
1.第一代锐龙
2017年3月，最先上市的是旗舰级的型号Ryzen 71800X/1700X/1700，核心代号Summit Ridge，14nm制程工艺，均采用8核16线程，主频为3.4～4.0GHz，3MB二级缓存（每核心512KB），16MB三级缓存（每4个核心共享8MB），热设计功耗95W。4月份上市的Ryzen 5系列，包含1600X、1600、1500、1400等型号，6核12线程、4核8线程，主频为3.2～3.7GHz。7月上市的Ryzen 3系列，包含Ryzen 31300X/1200，4核4线程，主频3.1～3.5GHz。无核心显卡，均支持DD4-2667MHz双通道，AMD SenseMI技术、不锁频、自适应动态扩频（XFR）。AMD Ryzen系列处理器的参数见表2-5。8月份上市的AMD ThreadRipper 1950X，16核32线程。X370/B350/A320系列主板芯片组均支持锐龙AMD Ryzen 7/5/3系列产品。
表2-5 AMD Ryzen系列处理器的参数
AMD Ryzen 1700X处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据，如图2-57所示。
2.第二代锐龙
2018年3月，AMD Ryzen系列处理器的第二代产品上市，命名为Ryzen 7/5/32000系列。第二代系列产品的架构进化为Zen+，12nm制程工艺，芯片代号为Pinnacle Ridge，从硬件底层改进以提升缓存、内存速度并降低延迟，内存支持频率抬高到DDR4-2993，新的动态加速Precision Boost 2，加入新的多核心加速算法，可以为游戏和应用程序带来更高性能。第二代Ryzen处理器产品包括Ryzen 72700X、Ryzen 72700、Ryzen 52600X和Ryzen 5 2600等。第二代锐龙Ryzen继续采用AM4封装接口，完全保持向下兼容，芯片组同步进化为400系列，首发高端型号X470，改进性能、功能并降低功耗。300系列主板只需更新BIOS即可支持，产品包装上也会标有“Ryzen Desktop 2000 Ready”标签。
2018年2月，AMD公司上市了基于Ryzen架构的第八代桌面平台APU处理器，CPU部分是2017年推出的Zen架构Ryzen核心，GPU部分是2017年最新的Vega架构核心，14nm工艺，均采用AM4标准接口。首发两款APU，分别为Ryzen 52400G和Ryzen 32200G，AMD公司将这两款APU产品定位为第二代锐龙。Ryzen 52400G、Rzyen 32200G声称是“世界上图形性能最强的桌面处理器”。Ryzen 52400G和Ryzen 32200G处理器的参数见表2-6。
图2-57 AMD Ryzen 1700X处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据
表2-6 Ryzen 5 2400G和Ryzen 3 2200G处理器的参数
AMD Ryzen 52400G处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据如图2-58所示。
如图2-59所示，第二代的Zen+架构仍然由CPU Complex（CCX）组成，每一个CCX模块仍然拥有4个Zen+物理核心（CORE），CCX中的每个核心有64KB的L1指令缓存，每个核心有32KB的L1数据缓存，每核拥有512KB的L2缓存，所有核心共享8MB的L3缓存。所有物理核心均支持超线程（SMT）技术。
图2-58 AMD Ryzen 5 2400G处理器的外观、包装及用CPU-Z测试得到的数据
图2-59 4核心Zen+架构CPU多晶硅示意图
2.2 CPU的分类、结构、主要参数和选购
了解CPU的分类、结构和主要参数对理解CPU的技术指标很有帮助。
2.2.1 CPU的分类
按照分类项目的不同，CPU有以下多种分类方法。
1.按CPU的生产厂家分类
按CPU的生产厂家分，CPU可分为Intel CPU、AMD CPU等。
2.按CPU的位数分类
CPU的位数是指CPU中通用寄存器的数据宽度，即CPU一次可以运算的位数。按CPU的位数可分为4位、8位、16位、32位和64位。
3.按CPU的接口分类
按CPU的接口分，Intel系列分为LGA 1156、LGA 1155、LGA 1150、LGA1151等，AMD系列分为Socket AM2、Socket AM2+、Socket AM3、Socket FM1、Socket FM2、Socket FM2+、Socket FM4等。
4.按CPU的核心数量分类
按CPU的核心（内核）数量分类，可分为单核CPU、双核CPU、三核CPU、四核CPU、六核CPU、八核CPU等，未来将向多核CPU发展。例如，AMD Ryzen 32200G是四核CPU，Intel i7-8700K是六核CPU。
5.按CPU型号或标称频率分类
每个CPU都有一个型号或标称频率，同一档次系列的CPU按照型号或标称频率又分为不同规格，例如，AMD Ryzen 32200G（3.5GHz）、Intel i7-8700K（3.7GHz）。
6.按CPU的研发（核心）代号分类
同一系列的CPU，按其研发或核心代号的不同，又分为多种版本或代号。不同的代号采用不同的技术，将直接影响到CPU的性能。一般来说，版本越新，性能越好。
7.按适合安装的主板芯片组分类
CPU型号、档次不同，配套的主板芯片组也不相同，即便是相同的CPU接口，有些也不能通用。
8.按应用场合（适用类型）分类
针对不同用户的需求、不同的场合，CPU被设计成各不相同的类型。CPU按适用类型或应用场合分为桌面（台式）版CPU、移动版CPU和服务器版CPU。
●桌面版CPU也就是台式计算机适用的CPU，是本书主要介绍对象。
●移动版CPU主要用在笔记本电脑中，其特点是发热量小、节电。移动版CPU都包含有独特的节能技术。
●服务器版CPU主要应用于服务器和工作站，此类CPU在稳定性、处理速度、多任务等方面的要求都高于桌面版CPU。
2.2.2 CPU的外部结构
CPU的外观和结构都非常相似，从外部看，CPU主要由两个部分组成：一个是内核，另一个是基板。下面以图2-60所示的两款四核CPU（AMD A10-7850K和Intel Core i7-6700K）为例，介绍CPU的外部结构。
图2-60 CPU的外部结构（上图为AMD A10-7850K，下图为Intel Core i7-6700K）
1.CPU的核心
核心（也称内核）是CPU最重要的组成部分。CPU中间凸起部分就是核心（Die），是CPU硅晶片部分。目前，绝大多数CPU都采用了一种翻转核心的封装形式。也就是说，CPU内核在硅芯片的底部被翻转后封装在陶瓷电路基板上，这样能够使CPU内核直接与散热装置接触。CPU内核的另一面通过覆盖在电路基板上的引脚与外界电路连接。
由于CPU的核心工作强度很大，发热量也大，而且CPU的核心非常脆弱，为了核心的安全，同时为了帮助核心散热，现在的CPU一般在其核心上加装一个金属盖。金属盖不仅可以避免核心受到意外伤害，同时也增加了核心的散热面积。
2.CPU的基板
CPU基板就是承载CPU核心用的电路板，它负责核心芯片与外界的数据传输。在它上面常焊接有电容、电阻，还有决定CPU时钟频率的桥接电路。在基板的背面或者下沿，有引脚或者卡式接口，它是CPU与外部电路连接的通道，同时也起着固定CPU的作用。
早期的CPU基板都是采用陶瓷制成的，而最新的CPU有些已改用有机物制造，它能提供更好的电气和散热性能。
3.CPU的编码
在CPU编码中，都会注明CPU的名称、时钟频率、二级缓存、前端总线、核心电压、封装方式、产地、生产日期等信息，但是AMD公司与Intel公司标记的形式和含义有所不同。图2-61所示是Intel Core i7-7700K上刻印的标识，图2-62所示是AMD Ryzen 72700X上刻印的标识。
图2-61 Intel Core i7-7700K上刻印的标识
图2-62 AMD Ryzen 7 2700X上刻印的标识
4.CPU的接口
CPU通过接口与主板连接。CPU采用的接口方式有引脚式、触点式、卡式等。目前，CPU的接口主要是引脚式和触点式，主板上也有相应的接口类型，不同类型的CPU有不同的CPU接口。目前主流处理器的接口如下。
（1）Intel的处理器接口
从2004年6月Intel公司发布触点式CPU接口标准以来，发布的CPU均采用触点式。Intel LGA封装的触点式CPU如图2-63所示。根据CPU型号的不同，又分为LGA 775、LGA 1366、LGA 1156、LGA 1155、LGA 1150、LGA 1151等。
（2）AMD的处理器接口
AMD一直采用引脚式CPU接口，AMD Socket封装的引脚式CPU如图2-64所示。根据CPU型号的不同，又分为Socket FM1、Socket FM2、Socket FM2+、Socket AM4等。
图2-63 Intel LGA封装的触点式C P U
图2-64 AMD Socket封装的引脚式CPU
2.2.3 CPU的接口插座
CPU必须安装在接口类型相同的主板上，目前主流的CPU接口插座采用Socket形式。Socket接口是方形零插入力（Zero Insert Force，ZIF）接口，接口上有一根拉杆，在安装和更换CPU时只要将拉杆向上拉出，就可以轻易地插进或取出CPU。下面分别介绍目前主流的CPU接口插座。
1.Intel的LGA CPU接口插座
Intel LGA（Land Grid Array）CPU插座没有引脚插孔，采用的是非常纤细的弯曲的弹性金属丝，通过与CPU底部对应的触点相接触。由于CPU的表面温度很高，因此LGA插座为金属制造，在插座的盖子上还卡着一块保护盖。LGA插座最初是Intel公司在2004年6月发布Intel Pentium 4的CPU接口标准。
（1）LGA 1156接口
LGA 1156接口是2010年1月Intel公司发布的支持第一代Nehalem/Clarkdale Core i3/i5/i7 CPU的接口标准。LGA 1156接口插座如图2-65所示。
图2-65 LGA 1156接口插座
（2）LGA 1155接口
LGA 1155接口是2011年1月Intel公司发布的支持第二代Sandy Bridge Core i3/i5/i7 CPU的接口标准，其结构、大小与LGA 1156相似。LGA 1155接口插座如图2-66所示。第三代Core i3/i5/i7 CPU也采用LGA 1155接口。
图2-66 LGA 1155接口插座
（3）LGA 1150接口
LGA 1150接口是2013年6月Intel公司发布的支持第四代Haswell Core i3/i5/i7 CPU的接口标准。LGA 1150接口插座如图2-67所示。第五代Broadwell Core i3/i5/i7 CPU也使用LGA 1150接口。
图2-67 LGA 1150接口插座
（4）LGA 1151接口
LGA 1151接口是2015年8月Intel公司发布的支持第六代Skylake Core i3/i5/i7 CPU的接口标准。LGA 1151接口插座如图2-68所示。Intel公司第七代的Kaby Lake和第八代的Coffee Lake仍然采用LGA 1151接口。
图2-68 LGA 1151接口插座
（5）LGA 2011 V3接口
2011年8月，Intel公司发布了LGA 2011-0接口的SandyBridge-E处理器，芯片组为X79。2014年8月，Intel公司发布了采用LGA 2011-3接口的Haswell-E处理器，芯片组为X99。2016年5月，Intel公司发布了最新一代采用LGA 2011-3接口、14nm制程的Broadwell-E系列处理器。
拥有多达2011个针脚的LGA 2011接口，是Intel公司高端桌面、工作站和服务器的CPU接口标准。LGA 2011-3接口不向下兼容LGA 2011-0。LGA 2011-3接口插座如图2-69所示。
图2-69 LGA 2011-3接口插座
2.AMD的Socket CPU接口插座
AMD Socket CPU接口插座有引脚插孔，通过把CPU引脚插入插座的方式相接触。
（1）Socket FM1接口
Socket FM1接口是2011年6月AMD公司发布的第一代APU（Llano）的接口标准。Socket FM1接口插座如图2-70所示。
图2-70 Socket FM1接口插座
（2）Socket FM2接口
Socket FM2接口是2012年10月AMD公司发布的第二代APU（Trinity）的接口标准，同时也支持第三代APU。Socket FM2接口插座如图2-71所示。
图2-71 Socket FM2接口插座
（3）Socket FM2+接口
Socket FM2+接口是2014年1月AMD公司发布的第四代APU（Kaveri）的接口标准，906个针脚，插槽尺寸为40mm×40mm。Socket FM2+接口插座如图2-72所示。第六代APU（Godavari）也采用Socket FM2+接口。
图2-72 Socket FM2+接口插座
（4）Socket AM2/AM2+接口
Socket AM2接口是2004年AMD公司发布的支持Athlon 64 X2系列的处理器接口。Socket AM2+接口是2007年AMD公司发布的四核Phenom处理器系列处理器采用的处理器接口。AM2和AM2+其实是完全一样的两个插槽，都是940根针脚，如图2-73所示。采用AM2接口以及采用AM2+接口的处理器都可以接近完美地兼容另一种接口的主板（只要BIOS能够识别）。
图2-73 Socket AM2/AM2+接口插座
（5）Socket AM3/AM3+接口
Socket AM3接口是2009年AMD公司推出K10.5架构的双核/四核处理器Phenom II、Athlon II采用的接口标准。Socket AM3接口插槽拥有941个孔，不过Socket AM3接口的处理器只有938个引脚。Socket AM3+接口是2011年AMD公司发布Bulldozer（推土机）微架构，FX系列采用新的封装接口，插槽拥有942个孔，而Socket AM3+接口处理器也不过只有940个引脚。这些多出的孔理应是出于上下代兼容的考虑而预留的。Socket AM3/AM3+接口插座如图2-74所示。
图2-74 Socket AM3/AM3+接口插座
a）Socket AM3接口插座b）Socket AM3+接口插座
（6）Socket AM4接口
Socket AM4接口是2017年3月AMD公司发布的Zen微架构锐龙Ryzen处理器采用的CPU接口标准。Socket AM4处理器接口有1331个引脚，插槽尺寸为40mm×40mm，如 图2-75所示。
图2-75 Socket AM4接口插座
2.2.4 CPU的主要参数
CPU的技术参数有许多，主要参数如下。
1.代号、核心架构、名称
为了便于对CPU设计、生产、销售的管理，在研发过程中，厂商就会给它们一个研发代号用于称呼。例如，AMD Ryzen 72700X的核心代号为Pinnade Ridge（如图2-76所示），Intel Core i7-6700K的核心代号是Skylake（如图2-77所示）。
图2-76 AMD Ryzen 7 2700X的参数
图2-77 Intel Core i7-6700K的参数
简单来说，核心架构就是CPU核心的设计方案。影响CPU性能的因素分为工艺因素和架构因素。半导体工艺水平决定了芯片的集成度和可达到的时钟频率，而CPU的架构则决定了在相同集成度和时钟频率下CPU的执行效率。工艺因素和架构因素是相互制约和影响的。更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率。有时微架构和产品的研发代号会同名。
产品上市前，厂商会给CPU一个名称，名称是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个系列型号，而系列型号则是区分CPU性能的重要标识。同一档次系列的CPU按照型号或标称频率又分为不同规格，Intel公司和AMD公司对CPU型号的命名方式是不同的。
2.主频
CPU的主频也叫CPU核心工作的时钟频率（CPU Clock Speed），单位是MHz、GHz。在单核时代，它是决定CPU性能的最重要指标。目前流行CPU的主频有3.0GHz、3.2GHz、3.4GHz、3.8GHz、4.0GHz等。在CPU的包装盒上都会标出这些重要参数，如图2-78所示。
图2-78 CPU包装盒上标出的主频、缓存等重要参数
CPU的主频并不是其运算的速度，而是表示在CPU内数字脉冲信号振荡的频率，它与CPU实际的运算能力并没有直接关系。主频与实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量表示两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU流水线的各方面的性能指标（如缓存、指令集、CPU的位数等）。
3.总线速度（外频）
由于CPU的发展速度远远超出主板总线、内存等配件的发展速度，因此为了能够与主板、内存的频率保持一致，就要降低CPU的频率。即无论CPU内部的主频有多高，数据一出CPU，都将降到与主板系统总线、内存数据总线相同的频率，这就是外频和倍频的概念。
CPU的外频通常为系统总线的工作频率（系统时钟频率），单位是MHz、GHz，是由主板提供的系统总线的基准工作频率，是CPU与主板之间同步运行的时钟频率。实际运行过程中的主板系统总线频率、内存数据总线频率不但由CPU的频率决定，而且受到主板和内存频率的限制。例如，从图2-76和图2-77中可以看出，总线速度都是100MHz。
4.倍频
CPU的倍频，全称是倍频系数。由于CPU主频不断提高，渐渐地提高到其他设备无法承受的速度，因此出现了分频技术（主板北桥芯片的功能）。分频技术就是通过主板控制芯片将CPU主频降低，使系统总线工作在相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频来提升。倍频是CPU的运行频率与系统外频之间的倍数，也就是降低CPU主频的倍数。理论上，倍频从1.5到无限，目前流行CPU的倍频为7.5×～45×，以0.5为一个间隔单位。三者的关系如下：
CPU的主频（核心运行的频率）=外频×倍频
在相同的外频下，倍频越高，CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU意义不大。因为CPU与系统之间数据传输的速度是有限的，这将会造成CPU从系统中得到数据的速度不能够满足CPU运算的速度。如果在外频一定的情况下，提高倍频也是可以的，但是对于锁频的CPU，不能提高倍频。所谓“超频”，就是通过提高外频或倍频来提高CPU实际运行频率。
5. 高速缓存（高速缓冲存储器，Cache）
Cache是一种速度比主存更快的存储器，其功能是减少CPU因等待低速主存所导致的延迟，以改进系统的性能。Cache在CPU和主存之间起缓冲作用，Cache可以减少CPU等待数据传输的时间。CPU需要访问主存中的数据时，首先访问速度很快的Cache，当Cache中有CPU所需的数据时，CPU直接从Cache中读取。因此，Cache技术直接关系到CPU的整体性能。
Cache一般分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）及三级缓存（L3 Cache）。
三级缓存工作原理：L1 Cache存储着CPU当前使用频率最高的数据，而当空间不足时，一些使用频率较低的数据就被转移到L2 Cache中；而当再次需要使用该数据时，再将其从L2 Cache中转移到L1 Cache中；新加入的L3 Cache延续了L2 Cache的角色，L2 Cache将溢出的数据暂时寄存在L3 Cache中。
L1 Cache建立在CPU内部，与CPU同步工作，CPU工作时首先调用其中的数据，因此L1 Cache对CPU的性能影响较大。Cache均由随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）组成，结构较复杂。在CPU核心面积不能太大的情况下，L1 Cache的容量不可能做得太大，其容量通常为32～256KB。
L2 Cache是CPU的第二层高速缓存，分内部L2 Cache和外部L2 Cache两种。内部L2 Cache的运行速度与主频相同，而外部L2 Cache的速度则只有主频的一半。L2 Cache的容量也会影响CPU的性能，其容量通常为512KB～6MB。
图2-79拥有L3 Cache的Intel四核CPU的Haswell架构
为了进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能，新推出的CPU内部集成了L3 Cache。图2-79所示是拥有L3 Cache的Intel四核CPU的 Haswell架构。
6.x86指令集
x86指令集是Intel公司为其第一块16位CPU——8086专门开发的指令集，其简化版8088使用的也是x86指令，同时为提高浮点数据处理能力而增加了x87处理器，以后就将x86指令集和x87指令集统称为x86指令集。由于Intel x86系列、AMD x86系列都使用x86指令集，因此就形成了今天庞大的x86系列及其兼容CPU阵容。
7.多媒体扩展指令集
CPU多媒体扩展指令集指的是CPU增加的多媒体或者3D处理指令。这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力，有多媒体扩展指令（Multi-Media eXtension，MMX）、单一指令多数据流扩展（Streaming SIMD Extensions，SSE）、SSE2、3DNow！、SSE3、SSE4等。
8.字长及64位技术
CPU在单位时间内能一次同时处理的二进制数的位数叫字长或位宽。所以，32位字长的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据，Pentium 4和Athlon XP都是32位的。
64位技术是指CPU中通用寄存器的数据宽度为64位，采用64位指令集可以一次传输、运算64位的数据。目前主流CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64技术、Intel公司的EM64T技术和IA-64技术。
●AMD64技术。AMD64技术是在原来32位x86指令集的基础上加入了x86-64扩展64位x86指令集，使之在硬件上兼容原来的32位x86软件，并同时支持x86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位x86处理器。
●EM64T技术。Intel的64位扩展技术（Extended Memory 64-bit Technology，EM64T）是Intel IA-32（Intel Architecture-32 extension）架构的扩展。Intel公司为支持EM64T技术的处理器设计了两大模式：传统IA-32模式（Legacy IA-32 Mode）和IA-32e扩展模式（IA-32e Mode）。在传统IA-32模式下，处理器作为一颗标准的32位处理器运行；在IA-32e扩展模式下，EM64T被激活，处理器运行在64位模式下。
●IA-64技术。Intel IA-64（Intel Architecture-64 extension）就是64位的英特尔架构，不论是IA-32还是IA-64，都是Intel公司旗下处理器架构的通称，而数字32和64分别代表32位与64位。IA-64技术是Intel公司服务器CPU Itanium（安腾）采用的架构，它是64位处理器。IA-64处理器最大的缺陷是与x86不兼容。
目前所有主流CPU均支持x86-64技术，但要发挥其64位优势，必须搭配64位操作系统和64位软件。
9.核心数
虽然提高频率能有效提高CPU性能，但受限于制造工艺等物理因素，提高频率便遇到了瓶颈，于是只能另辟蹊径来提升CPU性能，双核/多核CPU便应运而生。目前主流CPU有双核、三核、四核和六核的。
多核心处理器就是在一块CPU基板上集成多颗处理器的核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来的处理器。在服务器领域，多核心早已经实现。
10.工作电压
工作电压是指CPU核心正常工作所需的电压。CPU的工作电压是根据CPU的制造工艺而定的。一般制造工艺数值越小，核心工作电压越低，电压一般在1.3～3V。提高CPU的工作电压可以提高CPU工作频率，但是过高的工作电压会使CPU发热，甚至烧坏CPU。而降低CPU电压不会对CPU造成物理损坏，但是会影响CPU工作的稳定性。
11.制造工艺
CPU制造工艺是指生产CPU的技术水平，通过改进制造工艺来缩短CPU内部电路与电路之间的距离，使同一面积的晶圆上可实现更多功能或更强性能。制造工艺也称为制程宽度或制程，一般用μm或nm表示。nm的数字表示处理器内部晶体管之间连线宽度，电路连接线宽度值越小，制造工艺就越先进，单位面积内可集成的晶体管就越多，CPU可以达到的频率越高，CPU的体积会更小。在1965年推出10μm处理器后，经历了6μm、3μm、1μm、0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、0.09μm、0.065μm、0.045μm（45nm）、32nm、22nm、14nm，目前CPU的最高制造工艺是14nm。
制造工艺是高性能芯片的参照标准之一，在更高的制造工艺下，相同单位面积下可以容纳更多的晶体管，而晶体管数量的增多直接提升了性能。同时由于单位体积的减小，以及新材料的大量应用，更为先进的工艺制程下制造的芯片产品耗电量以及发热量也会得到很好的控制，这也是为什么新一代工艺制程的产品会比前一代产品在功耗上有更好表现的原因之一。
12.封装技术
封装是指将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例，用户看到的体积和外观并不是真正的CPU核心的大小和面貌，而是CPU核心等元件经过封装后的产品。封装不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强散热功能的作用，封装后的芯片也更便于安装和运输。芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、PQFP、PGA、BGA到FC-PGA，技术指标一代比一代先进。目前封装技术适用的芯片频率越来越高，散热性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减少，可靠性也越来越高。
13.节能技术
CPU越来越强大的性能，也带来了越来越高的功耗，为减少CPU在闲置时的能量浪费，Intel公司和AMD公司各自推出了降低CPU功耗的技术：Intel公司的智能降频技术（Enhanced Intel SpeedStep Technology，EIST）和AMD公司的冷又静（Cool and Quiet，C&Q、CNQ或C'n'Q）技术。它们都是在CPU空闲时自动降低CPU的主频，从而降低CPU功耗与发热量，达到节能目的。目前Intel公司和AMD公司的全系列CPU都支持各自的节能技术。
无论是Intel公司还是AMD公司的节能技术，均需要在BIOS设置中找到EIST（Intel CPU）或C'n'Q（AMD CPU）选项并将其开启才有效。
14.热设计功耗（TDP）
TDP是指CPU负荷最大时释放出的热量，单位是W，主要是给散热器厂商的参考标准。高性能CPU同时也带来了高发热量，例如，Phenom II X4965，其TDP达到了140W，而主流级的Athlon II X2250只有65W，它们对散热器的要求显然不同。值得注意的是，CPU的TDP并不是CPU的实际功耗，CPU的实际功耗小于TDP。
15.超线程技术
因为操作系统是通过线程来执行任务的，增加CPU核心数目就是为了增加线程数，一般情况下它们是1∶1对应关系，也就是说，四核CPU一般拥有4个线程。但Intel公司引入超线程（Hyper-Threading，HT）技术后，使核心数与线程数形成1∶2的关系，如四核Core i7支持八线程（或叫作8个逻辑核心），大幅提升了多任务、多线程性能。
超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把一颗CPU当成两颗来用，将一颗具有HT功能的“实体”处理器变成两个“逻辑”处理器，而逻辑处理器对于操作系统来说跟实体处理器并没什么两样，因此操作系统会把工作线程分派给这“两颗”处理器去并行计算，减少了CPU的闲置时间，提高了CPU的运行效率。
虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不像两个真正的CPU那样每个CPU都有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续，因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能之和。
超线程技术只需要增加很少的晶体管数量，就可以在多任务的情况下提供显著的性能提升，比再添加一个物理核心划算得多。所以，在新一代主流CPU上多采用HT技术。
同步多线程（Simultaneous Multi-Threading，SMT）出自于超线程技术，借助QPI（快速通道互联）等技术，已发展为更具前景的“第三代超线程技术”。
16.Intel Turbo Boost技术
睿频加速技术（Turbo Boost）是Core i×系列中最重要的技术之一，它能根据CPU的负载情况智能调整频率。因为目前真正支持多核、多线程的软件和游戏相对来说仍是少数，普通多核CPU运行单/双线程的任务会造成性能浪费，而睿频加速能改变这个现象，它会关闭闲置核心、提高负载核心的频率，保证CPU有最佳的性能表现。而第二代睿频加速技术在两方面有很大的改进：CPU和GPU都可以睿频，而且可以一起睿频；第二代睿频不再受TDP限制，而是受内部最高温度控制，可以超过热设计功耗（TDP）提供更大的睿频幅度，不睿频时却更节能。
17.AMD Turbo Core技术
AMD在Phenom II X6系列中引入的类似Intel Turbo Boost技术称为Turbo Core，AMD在A系列APU中引入了第二代Turbo Core。AMD在第二代Turbo Core中引入了APM模块，它会监测APU的功耗、温度及当前任务的负载情况，判断下一步CPU和GPU的加速动作，降低用不上的CPU核心或GPU的频率，把能源留给正在执行任务的核心，智能地提高其频率，只要功耗不超过TDP，加速便一直有效。例如，上网时，一般情况只用到一到两个核心，此时GPU与其他CPU核心会降频，正在使用的那两个核心的频率会大幅度提升。例如，在运行3D游戏时，只用到两个核心，但GPU要满载，用不上的两个CPU核心就会降频，正在使用的核心频率会提升，但幅度相对较小，此时APU的功耗和温度会比上网时高。
18.虚拟化技术
CPU的虚拟化技术（Virtualization Technology，VT）就是用单CPU模拟多CPU，并允许一个平台同时运行多个操作系统，应用程序都可以在相互独立的操作系统内运行而互不影响，从而提高工作效率。例如，在Windows 7/10中安装虚拟机软件，虚拟机（Virtual Machine，VM）可以像真实计算机一样安装其他操作系统。当需要使用其他操作系统时，直接调用，不需要重启切换系统，这点对于程序员来说是非常有用的。
虚拟化可以通过软件实现，如果CPU硬件支持，执行效率会大大提升，目前Intel和AMD公司的绝大部分CPU都支持虚拟化技术，但对于普通用户而言，虚拟化技术没有实质作用。如果要用到虚拟化技术，需要先在BIOS中开启该技术。
19.AMD SenseMI技术
AMD SenseMI技术首次搭载在锐龙AMD Ryzen处理器上，借助数值精确的传感器可在1s内为处理器提供1000次数据，这些重要的数据将被用来检测处理器的实时运行状态，然后由处理器决定是否对当前CPU的运行状态进行调整，使CPU全程保持在最适宜当前需求的最佳状态。
AMD SenseMI技术主要包含以下5个方面功能。
1）Pure Power（精确功耗控制）。分布式网络传感器可精确控制处理器在任何负载下的功耗，从单纯的功耗优化到监控数据。这允许每一颗锐龙AMD Ryzen处理器都有个人性化的电源管理策略。
2）Precision Boost（精准频率提升）。根据处理器的运行状况（负载、温度等）来精确地调整频率，精度可达到25MHz。更加精确的频率调整可以帮助处理器更好地达到理想的运行频率。
3）Extended Frequency Range（自适应动态扩频）。这对于拥有高端散热器的用户来说是一个福利。锐龙AMD Ryzen会自动检测散热的情况，散热情况越好，就越能够帮助处理器达到一个更高的频率，从而获得更快的运行速度。
同时，这项技术完全不需要用户干涉，只需要安装好散热器即可。另外，该项技术只有在型号带X（例如，锐龙AMD 1800X、锐龙AMD Ryzen 1600X）的处理器上可用。
4）Neural Net Prediction（神经网络预测）。锐龙AMD Ryzen处理器当中搭载了真正的 46AI，它可以通过应用程序的行为来进行实时的学习并且预测该程序的下一个动作，让处理器总是处在工作的最佳状态。
5）Smart Prefetch（智能数据预取）。复杂的学习算法可学习应用程序的内部模式和行为，并预计将需要什么样的数据并且在需要时快速执行。AMD Sense MI会将需要的数据预先加载到大缓存的锐龙AMD Ryzen处理器当中，让处理器可以更快地响应和计算相应数据。
2.2.5 CPU的选购
目前，CPU的主频已不是整机性能的决定因素，内存大小、硬盘速度、显示卡速度等都会影响整个微机的性能，因此盲目追求CPU的高频率并不可取。另外，CPU是所有微机配件中降价速度最快的部件，所以选择CPU时以够用为原则。在购买CPU时应该注意：首先要明确购机的目的，是用来进行三维图形处理还是玩游戏，是仅用来文字处理、上网还是另有其他特殊的用途；其次，要有明确的经济预算；最后，对自己的计算机水平要有清醒的认识，即是初学者还是熟练用户。
在计算机系统中，CPU应该是最先选购的配件，因为只有确定CPU后，才能选购主板、内存等其他配件。各品牌CPU在软件上完全兼容，AMD平台和Intel平台没有任何区别。至于是选AMD还是选Intel，完全取决于个人的偏好。
CPU的购买群体一般可以分为以下4种。
1）企业、学校、家庭等办公用户。一般企业、学校、家庭的计算机主要用来处理数据、上网，大多数用户都属于这一类型。建议选购价格在700～1000元的主流CPU。
2）大、中学生或初学者。因CPU更新和降价都较快，大、中学生及初学者对计算机性能的要求会随着学习的进展而提高，所以建议先选购低端的CPU，以后再选购更加先进的产品，同样的支出，比“一步到位”能购买到更好的产品。建议选购价格在500元左右的低端CPU。
3）多媒体和三维图形处理用户。多媒体运算需要强大的CPU、内存与硬盘作后盾，因此建议选用价格在1000元以上的高端CPU。
4）游戏用户。3D游戏对各个部件的性能要求都很高，特别是CPU的浮点性能与显示卡的像素填充率。许多游戏软件针对3DNow！进行了特别优化。推荐使用价格在1000元以上的高频率的CPU。
2.3 CPU散热器
随着CPU频率的不断提高，其耗电量也在不断攀升，随之而来的便是其发热量的上升，CPU的散热问题变得越来越重要，散热器已成为与CPU配套的重要配件。
2.3.1 CPU散热器的分类
CPU散热器根据散热原理可分为风冷式、热管散热式、水冷式、半导体制冷式和液态氮制冷式等几种。当前最常用的散热器采用风冷式或风冷+热管式，风冷散热器如图2-80所示，热管散热器如图2-81所示。
图2-80 风冷散热器
图2-81 热管散热器
2.3.2 散热器的结构和基本工作原理
1.风冷散热器的外部结构和基本工作原理
风冷散热器主要由散热片、风扇、电源插头和扣具构成，如图2-82所示。其中，电源插头大多是两芯的，一红一黑，红色接+12V电源，黑色为地线。有些是三芯的，是在原来两线基础上加入了一条蓝线（或白线），主要用于侦测风扇的转速。
图2-82 风冷散热器的结构
风冷散热器的工作原理很简单，它是利用散热底座吸收CPU工作时产生的热量，并传导至散热片上，依靠散热器上部高速转动的风扇加快空气对流，带走散热片的热量，如图2-83所示。风冷散热器因其结构简单，制造成本低，技术成熟，所以较多地被用作CPU散热器，是现在最常用的散热器。
2.热管散热器的外部结构和基本工作原理
图2-83 风冷散热器的工作原理
热管散热器分为有风扇主动式散热器和无风扇被动式散热器两种，其结构如图2-84所示。
图2-84 热管散热器的结构
热管散热器的工作原理就是利用液体的蒸发与冷凝来传递热量，是一种高效的传热元件。金属管（一般为铜）两段密封起来，充入工作液，抽成真空，就成为一只热管。当一段受热时，工作液吸热而汽化，蒸汽在压差作用下流向另一端，并且释放出热量，重新凝结成液体。液体靠重力重新流回受热端，完成一次循环。如此循环就把热量从热源传到冷源，如图2-85所示。计算机散热器中应用的热管属常温热管，工艺成熟，热管内的液体为水。需要注意的是，热管并不是一个散热设备，它只是起传递热量的作用，因此热管数量和散热效果没有直接关系。一款好的热管散热器产品，应该是采用适当数量的热管，配合设计优秀的底座和散热片，这样才能将热管导热快的优势完全发挥出来。热管散热器具备散热效果好、整体成本较低的优点，因此也逐渐被中、高端的CPU采用。
图2-85 热管散热器的工作原理
2.3.3 CPU散热器的主要参数
常见的风冷散热器一般由风扇和散热块两部分组成。风扇的参数有转速、风量、噪声等，散热块包含了所用材质、工艺等，这两个重要部分的设计、结合，将直接影响到散热器的散热效能。
1.风扇
风扇对整个散热效果起决定性的作用，其质量往往决定了散热器的效果、噪声和使用寿命。散热风扇由电动机（包括轴承）和叶片两大部分组成。常见风扇的外观如图2-86所示。
图2-86 风扇
风扇的主要参数如下。
●风扇轴承类型：风扇的轴承是散热器的关键部件，风扇的轴承和叶片的设计直接影响到散热器的噪声大小。常见的风扇轴承类型主要有油封轴承（Sleeve Bearing）、单滚珠轴承（One Ball Bearing）、双滚珠轴承（Two Ball Bearing）、液压轴承（Hydraulic Bearing）、磁悬浮轴承（Magnetic Bearing）、纳米陶瓷轴承（NANO Ceramic Bearing）、来福轴承（Rifle Bearing）、汽化轴承（VAPO Bearing）、流体保护系统轴承（Hypro Wave Bearing）等。常见风扇轴承类型的标签如图2-87所示。
●风扇口径：即风扇的通风面积，风扇的口径越大，排风量也就越大。
图2-87 常见风扇轴承类型的标签
a）油封轴承b）单滚珠轴承c）双滚珠轴承d）液压轴承
●风扇转速：同样尺寸的风扇，转速越高，风量也越大，冷却效果就越好。
●风扇排风量：即体积流量，是指单位时间内流过的气体的体积，排风量越大越好。
●风扇的噪声：风扇转速越高，风量越大，产生的噪声也越大。散热技术发展到现在，塞铜技术、热导管的引入等都能大大提高散热器的散热效率，而不再依靠提高风扇转速来提升散热速度。近年来，市场越来越注重静音效果，所以主流散热器风扇转速都控制在2000～3000r/min。
2.散热块
散热块由底座和鳍片（或称鳃片）两个部分组成。通过散热块的底座把CPU核心处的热量传导到面积巨大的鳍片上，最终将热量散发到空气中。散热块越大，散热性能越好。
散热块的材料主要为铜和铝。铝及铝合金的散热性能好，铜的导热性能好，把这两种材质有机地结合起来，使整体散热效能获得提升。另外，为了防止铜材氧化，还使用了新的镀镍技术。常见的散热块如图2-88所示。
图2-88 散热块
散热片的制造工艺主要有铝挤压工艺、塞铜技术、折叶技术、回流焊接技术和热管工艺，如图2-89所示。散热片的体积越大，散热效果越好。
图2-89 采用不同制造工艺生产的铝质散热片
有些散热块底部会粘贴一块导热硅脂，第一次使用时，导热硅脂被CPU高温熔化后填满CPU和散热片之间的微小间隙，然后在散热片的作用下温度很快降下来，于是CPU就和散热片通过导热硅脂紧密地连接起来了。
3.热管数量和直径
热管的作用是吸收CPU的热量并传递到散热片，因此热管的数量和直径大小就直接影响散热性能。一般散热器的热管为2～3根，直径6mm；高端为5～6根，直径8mm。
4.扣具
散热器的扣具是固定散热片和CPU插槽的，是散热器的重要配件之一。扣具设计的优劣将直接影响到安装的难易以及散热的效果。由于CPU的封装不同，散热器扣具设计是随CPU类型而定的。散热器底部和CPU表面所形成的压力越大，扣具越紧密，散热片与CPU表面的接触面积就越大，散热效果也越好。
常见的散热器的扣具有3种设计，如图2-90所示。第1种是Intel LGA平台的原装散热器扣具，安装拆卸都很简便，但是压力不够；第2种是经过改进的“背板+螺钉固定”扣具，散热效果比第1种好；第3种是AMD散热器的扣架，这种设计形成的压力比较适中，安装拆卸都很方便，所以AMD处理器都普遍采用这种设计。
2.3.4 CPU散热器的选购
选购散热器的注意事项如下。
图2-90 常见的散热器扣具
如果购买的是盒装CPU，其包装中一般都会附带一个原装散热器，只要不超频使用CPU，完全不需要另外购买散热器。
目前，桌面级处理器的主流平台主要有Intel LGA 775/1366/1156/1155和AMD Socket AM2/AM2+/AM3，这两种平台要使用各自的散热器。市场上也有全系列散热器，适合所有平台。在购买散热器时必须特别注意，以免购入不合适的产品而无法使用。
购买CPU散热器时要先明确CPU的主要用途。例如，用于超频的CPU，就必须将散热器的性能放在第一位，噪声以及功耗作为次要的选择。如果用户是一位音乐爱好者或者需要长时间工作，噪声、功耗才是首先需要考虑的，用户要同时兼顾散热性能和静音效果。
2.4 实训——CPU的安装、拆卸与检测
2.4.1 CPU的安装、拆卸
CPU有Intel LGA 775/1156/1150/1151等和AMD Socket AM2/AM2+/AM3/AM4两种平台，安装方法也有所区别，本节将介绍Intel CPU平台的安装，AMD CPU平台的安装将在第11章介绍。
虽然Intel目前有LGA 775/1156/1150/1151等不同架构的CPU，但它们的安装和拆卸方法都相同。下面以安装LGA 775架构的CPU为例，介绍安装方法。
1）首先扳开固定杆，将上盖打开，如图2-91所示。
2）取下Socket T插槽上的黑色塑料保护盖，如图2-92所示。
3）把CPU平放在Socket T插槽内，如图2-93所示。由于有金手指缺口，因此方向不正确是放不进去的。
图2-91 扳开固定杆并打开上盖
图2-92 取下黑色塑料保护盖
图2-93 放入CPU
4）把上盖盖上，并且扣上固定杆，如图2-94所示，CPU的安装就完成了。
5）安装散热器。Socket T的固定方式是以4根塑料卡榫直接扣在主板上，因此 LGA775 CPU插座周围并没有散热器的固定座，只有4个孔预留在印制电路板（PCB）上面，如图2-95所示。
图2-94 固定C P U
图2-95 散热器的固定孔
6）将风扇盖在CPU上方，并将散热器扣环压入主板孔位，向下压紧扣环，以锁定散热器，如图2-96所示。
图2-96 固定散热器
7）最后将风扇电源线安装在主板上，CPU、风扇安装完成。
若需要取下散热器和CPU，先要用螺钉旋具把扣环依逆时针方向转动以移除风扇，然后再按与安装相反的顺序取下CPU。
2.4.2 查看CPU信息
虽然从处理器的外观以及CPU编号上可以分辨出CPU的大致情况，但是如果希望知道某块CPU更详细的参数，尤其为了避免受到一些不法商家蒙骗，则需要检测CPU。检测方法有两种：一种是在安装了待检测CPU的计算机中运行检测程序；另一种是根据CPU上的编号，在互联网上查询。
CPU-Z是一款最常用的CPU检测软件，其自带的Benchmark能准确地判断CPU的多核性能和单核性能，通过CPU的ID号来检测CPU详细信息的免费工具软件，可以支持目前市场上所有的CPU产品。该软件可以提供全面的CPU相关信息报告，包括处理器的名称、厂商、时钟频率、核心电压、超频检测、CPU所支持的多媒体指令集，并且可以显示出关于CPU的L1、L2缓存的资料（大小、速度、技术），支持双处理器。该软件不仅可以检测CPU的信息，还可以检测主板、内存等信息。
CPU-Z可以在Windows 9x/Me/2000/XP下直接运行，不需要安装。执行CPU-Z后，显示一个对话框，其中列出了当前CPU的主要参数，分为3部分。
第1部分为处理器（Processor）的类型，包括处理器名称（Name）、内核代号（Code Name）、封装（Package）、制造工艺（Technology）、规格（Specification）、系列（Family）、型号（Model）、步进（Stepping）、指令集（Instructions）。
第2部分为处理器的频率（Clocks）参数，包括核心速度（Core Speed，即CPU的主频）、倍频（Multiplier）、Bus Speed（总线速度，即外频）、FSB/QPI/HT/DMI总线频率。
第3部分为处理器的缓存（Cache）情况，包括一级数据缓存（L1 Data）、一级指令缓存（L1 Code）、二级缓存（Level 2）、三级缓存（Level 3）。在“缓存”（Caches）选项卡中会显示更详细的缓存信息。
2.5 思考与练习
1.上网搜索有关CPU发展简史的文章（搜索关键词：CPU发展简史）。
2.上网搜索当前主流CPU的资讯。硬件网有：
装机之家http：//www.lotpc.com/Chiphell网https：//www.chiphell.com/
太平洋电脑网http：//diy.pconline.com.cn/IT168网http：//diy.it168.com/
中关村在线http：//diy.zol.com.cn/天极网http：//diy.yesky.com/
游侠网游戏硬件http：//in.ali213.net/
3.到当地电脑配件市场咨询当前主流CPU的型号、价格等商情信息。
4.上网搜索有关CPU选购原则的内容。假设分别要配置高档游戏型、家庭娱乐型和普及型3台计算机，请分别为其选择合适的CPU型号和价格（搜索关键词：CPU选购原则、配置清单、CPU天梯图）。
5.掌握CPU的型号及安装方法，了解CPU与主板的匹配情况。
6.用CPU-Z等测试程序，测试CPU的信息。
7.热管散热器的工作原理是什么？请用图表示（搜索关键词：热管工作状况示意图）。