1 CPU的参数指标

CPU直接决定了计算机系统的整体性能，而决定CPU性能的参数指标主要有以下几个：

I、主频：CPU内部总线的频率，是CPU内核工作的时钟频率，即CPU自身的工作频率，单位为GHz。

理论上，主频越高，CPU在一个时钟周期内能够完成的指令数也就越多，那么CPU的运行速度也就越快。实际上，主频与CPU的实际运算能力并没有直接关系，目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系。因此，主频仅仅只是CPU参数指标的一个方面，其运算速度还与字长、Cache和指令集等参数指标有关。

II、外频：CPU的基准频率，即CPU与主板之间同步运行的工作频率，同时也是内存与主板之间同步运行的工作频率，单位为MHz。

外频决定了主板和内存的运行速度，外频越高，CPU与内存之间交换数据的速度也就越快，计算机系统的整体运行速度也就越快。

扩展知识：CPU的时钟信号来源

‍CPU内部并没有振荡器来产生时钟信号，也没有时钟信号发生器，因此CPU需要从主板的振荡电路获得时钟信号来执行指令。也就是说，在不考虑其他影响因子的条件下，CPU的主频和外频应该是相等的。

III、倍频：主频和外频之间的比值，即主频 = 外频 × 倍频系数。

倍频其实是在CPU内部增加了一个时钟倍频电路，将外频按照一定的系数提高，从而获得主频。

说明：通常所说的超频就是通过手动设置倍频系数，使CPU的实际工作频率超过主频。

扩展知识：倍频的出现

‍在486 DX2以前，CPU的主频和外频是相等的，但是随着CPU制造工艺的不断提高，CPU的工作频率已经可以远远高于从主板获得的基准工作频率了，这时外频就成了限制CPU性能的瓶颈，因此在486 DX2之后，就在CPU内部增加了一个时钟倍频电路，出现了倍频系数的概念。

而CPU超频与倍频系数也有着密切的关系，自从2007年AMD在其Athlon64 X2 5000+ Black Edition CPU中首次提供了不锁倍频设计之后，目前很多主流CPU都开始提供不锁倍频设计，这也就意味着着这些不锁倍频CPU更加适合超频方面的应用。

IV、字长（位数）：CPU内部数据总线的宽度，即CPU一次能够处理的二进制位数。

字长是反映CPU数据处理能力的重要指标，即能够反映CPU能够处理的数据位数、精度和速度，而目前主流的CPU都是64位的。

扩展知识：CPU的数据总线

‍CPU的数据总线有两种，分别是内部数据总线和外部数据总线，其中内部数据总线用于在CPU内部进行数据传输；外部数据总线用于CPU与主板和内存之间的数据传输。

V、FSB频率：即前端总线频率，是指CPU与北桥芯片之间传输数据的总线的频率，决定了CPU与内存之间进行数据交换的速度。

前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，其数据传输能力对计算机整体性能具有很大影响。而前端总线的数据带宽 = FSB频率 × 字长 / 8，因此FSB频率越高，前端总线的数据传输能力也就越强。

扩展知识：FSB频率与外频的关系

‍在Pentium III之前，CPU的FSB频率与外频是相等的，但自从AMD发布Athlon CPU、Intel发布Pentium 4 CPU之后，FSB频率与外频的关系发生了巨大变化。

AMD在Athlon CPU中开始采用双脉冲沿传送数据技术，利用时钟的上、下沿同时传输数据，将前端总线数据传输频率提高至原来的两倍。

Intel在Pentium 4 CPU中开始采用四通道前端总线，将前端总线数据传输频率提高至原来的四倍。

扩展知识：FSB总线、HT总线、QPI总线和DMI总线

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VI、Cache：高速缓冲存储器是一块存在CPU与内存之间的由SRAM组成的存储器，其容量较小但是读取速度很快，通常用来存放CPU将要处理的数据。

由于CPU的运行速度比内存的读写速度要快得多，所以内存的读写速度就成了制约计算机系统运行速度的瓶颈，而在CPU和内存之间增加高速缓冲存储器则能够解决该问题。

（1）Cache的原理

i、根据一定的算法，将CPU可能要处理的数据存放到Cache中；

ii、当CPU处理数据时，首先到Cache中查找所需的数据，如果找到则直接读取[命中]；

iii、如果没有在Cache中找到所需数据，CPU则到内存中读取数据，同时把这个数据所在的数据块调入Cache中。

Cache命中率：CPU能够在Cache中直接找到数据的概率。Cache命中率与容量、算法和程序特性等因素有款，是衡量Cache最重要的参数指标。

扩展知识：具有Cache的CPU读取数据的时间

‍如果Cache的命中率为90%，Cache的访问时间为1ns，内存的访问时间为10ns，那么具有Cache的CPU读取数据的平均时间为：1 X 0.9 + 10 X 0.1 = 1.9（ns）；而没有Cache的CPU读取数据的时间为：10 X 1 = 10（ns）。

由此可见，增加了Cache之后，CPU读取数据的时间大大减少，也就意味计算机系统的整体运行数据速度大大加快。

（2）Cache的等级

目前主流的CPU大多都采用三级高速缓冲存储器：

i、L1 Cache，一级缓存，它是最快的一级缓存，容量一般在32-256KB之间，通常分为数据缓存和指令缓存，分别用来存放数据和执行这些数据的指令。

扩展知识：AMD和Intel的一级缓存设计

‍AMD采用的一级缓存设计属于传统的“实数据读写缓存”设计，即主要用于存储CPU最先读取的数据，而其他可能要读取的数据存放在二级缓存中。

Intel采用的一级缓存设计是“数据代码指令追踪缓存”设计，即不再存储实际的数据，而是存储这些数据在二级缓存中存储的起始地址。

“数据代码指令追踪缓存”设计极大地降低CPU对一级缓存容量的要求，降低处理器的生产难度。但这种设计的弊端在于数据读取效率较“实数据读写缓存设计”低，而且对二级缓存容量的依赖性非常大。

ii、L2 Cache，二级缓存，它又分为内部二级缓存和外部二级缓存，其中内部二级缓存的运行速度与主频相同，其容量通常在2MB以上；而外部二级缓存的运行速度则只有主频的一半。

iii、L3 Cache，三级缓存，它是一种用于为读取二级缓存未命中数据而设计的一种缓存，即用于提高Cache命中率，其容量通常在3MB以上。

注意：只有一级缓存具有指令缓存，即处理器操作的原始指令只能存储在一级缓存中，而二级缓存和三级缓存中只能存放数据。

说明：Cache技术不仅仅在CPU中被使用，在光驱和硬盘等设备中也广泛地使用了Cache技术。

VII、指令集：在设计CPU时规定的一系列与其硬件电路配合的指令系统。

CPU是依靠指令来完成计算和控制各部件进行工作的，因此指令集是提高CPU效率的有效工具之一，其强弱是CPU的重要参数指标。

扩展知识：Intel和AMD的指令集

‍Intel主要有x86、EM64T、MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3（Super SSE3）、SSE4.1、SSE4.2和AVX等指令集。

i、x86：有Intel推出的一种16位和32位的复杂指令集，用于控制芯片运行。

ii、MMX：为CPU加入了为视频信号、音频信号和图像处理而设计的57条指令，极大地提高了计算机系统对多媒体的处理能力。

iii、SSE：包含单指令多数据浮点计算，以及额外的SIMD整数和高速缓存控制指令的70条指令，对计算机系统的3D性能有着显著的提升。SSE指令集经过多年发展，Intel又推出了SSE2（新增144条指令）、SSE3（新增13条指令）、SSSE3（新增16条指令）、SSE4.1（新增47条指令）和SSE4.2（新增7条指令）。

iv、AVX：采用具有革新性的指令格式，将CPU内核浮点运行性能的理论值提升了1倍。

V、EM64T：是基于IA-32架构的64位内存扩展技术，即在兼容32位软件的情况下，运行软件利用更多的内存地址，并且允许软件进行32位线性地址写入。

AMD主要有x86、x86-64和3D-Now!等指令集。

i、3D-Now!：由AMD开发的一套SIMD多媒体指令集，支持单精度浮点数的矢量运算，用于增强x86架构的计算机在三维图像处理上的性能，共有27条指令集。

ii、x86-64：用于实现64位寻址，即在同一时间内处理64位的整数运算，并兼容x84-32架构，能够将32位和8位的数据操作指令转换为64位和16位。在本质上EM64T和x86-64的作用是相同的。

VIII、制造工艺：组成CPU芯片的电子线路和元件的精细程度，单位为nm。

制造工艺的数值越小，代表制造工业越先进，即在相同面积的硅材料上能够制造出更多的元件，CPU的工作频率也随之可以做得更高，同时制造成本也随之增加。

目前主流的Intel CPU的制造工艺大多为14nm和22nm，而AMD CPU的制造工艺大多为28nm和32nm。

IX、核心代号：CPU制造商为了便于对CPU的设计、生产和销售进行管理，而对各种CPU核心给出的相应代号。

核心代号代表了CPU的工作性能，新核心CPU通常会修正上一个版本中存在的一些错误，提升了一定的性能，因此新核心CPU往往比之前的版本具有更好的性能。

说明：不同种类的CPU会有不同的核心代号，而同一种CPU也可能会有不同的核心代号。

扩展知识：Intel主要的核心代号解析

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X、工作电压：CPU正常工作所需的电压。

CPU的工作电压分为核心电压和I/O电压两种，其中核心电压是指驱动CPU核心芯片的电压，通常小于或等于I/O电压；而I/O电压是指驱动I/O电路的电压，一般在1.6-5V之间。

一般来说，核心电压是和生产工艺有关，工艺越先进，电压就会越低，发热量也就越小，CPU运行时的性能也就越好，使用寿命也越长。

XI：TDP：热设计功耗，即CPU满负荷运行时所散发出来的热量。

TDP是CPU对散热系统提出的要求，即要求散热系统必须把CPU释放出来的所有热量散掉，也就是说散热系统的散热量必须大于或等于TDP。

XII、封装技术：将集成电路用绝缘材料打包的技术。

封装对芯片来说是必须的，也是至关重要的。封装不仅能够使芯片与外界隔离，防止空气中的杂质腐蚀芯片电路，而且还会直接影响芯片自身性能的发挥，并且也直接关系到主板的设计与制造。

XIII、IDA：动态加速技术，即CPU在遇到串行代码时提升执行运行效率，同时降低功耗的技术。

具有动态加速技术的CPU会自动确认当前的工作功率、电流和温度是否已经达到极限，如果仍有空余资源，CPU会自动关闭未使用的核心，并提升活动核心的频率，从而提高当前任务的处理速度。

说明：Intel的睿频加速技术和AMD的智能超频技术都是动态加速技术。

XIV、超线程技术：在单个处理器中加入两个逻辑处理单元，并利用特殊的硬件指令将它们模拟成两个物理芯片，从而同时执行两个线程。超线程技术能够使单个处理器的性能提升25%左右。

超线程技术在硬件方面需要CPU和主板芯片组的支持，在软件方面需要BIOS程序和操作系统的支持。

注意：超线程技术中模拟出的两个物理系统会共享一组处理器执行单元，因此两者是不能分离的，只能协同地并行工作，即只能执行同一进程中的不同线程，而不能跨进程执行。‍

XV、多核心技术：将多个处理器集成在同一个芯片中，各个处理器能够独立且并行地执行不同进程。

多核CPU中的多个处理器会共享Cache中的数据和指令，因此可以提高Cache的利用率和命中率，并且简化多处理系统计算的复杂度。

XVI、虚拟化技术：单个CPU可以模拟成多个CPU并行运行，并允许在同一平台[主机]上同时运行多个操作系统[虚拟机]。

虚拟化技术在硬件方面需要CPU和主板芯片组的支持，在软件方面需要BIOS程序和操作系统的支持。

2 进程和线程

进程（Process）是计算机系统进行资源分配和调度的基本单位，同时也是操作系统结构的基础，即计算机中程序关于某数据集合上的一次运行活动。

线程（Thread）是程序中一个单一的顺序控制流程，作为进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。

进程和线程的区别在于：

（1）执行一个程序时至少会执行一个进程，而一个进程中至少包含一个线程。因此线程是进程中的一个实体。

（2）进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是任务调度和执行的基本单位。因此每个进程具有独立的资源和空间，而线程则需要共享所属进程的资源和空间。

（3）进程执行开销大，但是能够很好的进行资源管理和保护；线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护。

3 超线程、多核心、多任务和虚拟化的区别

（1）虚拟化：将一个处理器模拟成多个处理器，允许在同一平台上运行多个操作系统。

（2）多任务：在一个操作系统中能够同时并行运行多个程序。

（3）多核心：在一个芯片中集成了多个处理器，这些处理器能够同时并行执行不同的进程。

（4）超线程：将单个处理器模拟成两个物理芯片，这两个物理芯片能够协同执行同一进程中的两个线程。

4 CPU测试软件

常用的CPU测试软件主要有三种：

（1）AIDA64：前身是著名的EVEREST，是一款测试软硬件系统信息的工具，它可以详细显示出计算机系统每个方面的信息，不仅提供了协助超频、硬件侦错、压力测试和传感器监测等功能，而且还可以对处理器、系统内存和磁盘驱动器的性能进行全面评估。

AIDA64中文绿色版：AIDA64.rar

（2）CPU-Z：一款家喻户晓的CPU检测软件，也是检测CPU时使用程度最高的一款软件。它支持的CPU种类非常全面，而且启动速度和检测速度都很快，它不仅仅能够对CPU进行检测，而且可以检测主板和内存的相关信息，比如常用的内存双通道检测功能。

CPU-Z安装包：CPU-Z.exe

（3）鲁大师：一款集硬件检测和系统优化为一体的国产软件，不仅能够进行准确地进行硬件检测，实时地对关键部件进行监控和预警，而且还提供了相应硬件的驱动程序的下载、安装和更新功能，同时还能够下载和安装系统补丁，进行系统优化。目前鲁大师已成为奇虎360旗下的产品，更名为360硬件大师。

鲁大师安装包：鲁大师.exe

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