CPU缓存(CPU Cache)简介

近几十年,随着制造工艺的不断提升,CPU主频越来越高;而内存受制于制造工艺和成本限制,读写速度并没有质的突破。因此,CPU的处理速度和内存的读写速度差距越来越大,这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存,导致计算资源大量闲置,降低CPU整体吞吐量。

CPU缓存的出现就是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾。

一、CPU缓存

CPU缓存(CPU Cache)位于CPU内部,是CPU处理核心与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小的多但是访问速度却比内存要快得多。当处理器发出内存访问请求时,会先查看缓存内是否有请求数据。如果存在,则不经访问内存直接返回该数据;如果不存在,才需要先把内存中的相应数据载入缓存,再将其返回处理器。

二、CPU缓存级数

目前,主流的家用桌面CPU最多包含三级缓存:一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)、三级缓存(L3 Cache)。

CPU缓存分级的主要原因是为了节省成本,一级缓存访问速度最快,但造价也最高。CPU缓存按照从三级到一级的顺序,容量越来越小、访问速度越来越块,单位容量造价也越来越高。

多级缓存的结构,可以使CPU在相对合理的价格范围内,实现高速访问内存数据的目的。

三、Smart Cache

Smart Cache(智能高速缓存),是Intel的一项CPU缓存技术,根据Intel官网解释:英特尔智能高速缓存是指可让所有内核动态共享最后一级高速缓存的架构。

比如,对于多核心CPU,当只有一个核心在工作时,该核心可以使用全部的二、三级缓存资源。而且,共享缓存也更利于多个核心共享数据。

多CPU电脑简介

大多数电脑都只有一个CPU,这个CPU可以有多个核心,也可能支持超线程技术,但仍然只是一个CPU插在主板的一个CPU插槽上。

一、多CPU电脑的含义

多CPU电脑,顾名思义,是指安装了多个CPU的电脑。

超线程技术多核心CPU出现之前,CPU厂商曾经试图通过在一台电脑上增加更多的CPU来提高电脑的运算能力。这需要用到支持多个CPU插槽的主板,而且主板又需要额外的硬件把这些CPU与RAM等资源连接起来。

二、多CPU电脑存在的问题

在一台电脑上安装多个CPU来提高性能,这种方法存在许多问题:

(一)多个CPU之间的通信需要耗费更多的时间;
(二)多CPU的计算机系统更加耗电;
(三)主板需要更多的插槽和相关的组件。

现在,多CPU电脑在家用市场中并不常见,即便是安装多个显卡的高性能游戏电脑也只有一颗CPU。多CPU一般应用在超级电脑、服务器和类似的高端系统当中。

多核心CPU简介

早期的CPU,只有一个物理核心,即一个CPU只有一个核心处理器。

对于这种单核心CPU来说,电脑所有的运算任务都需要靠这一个物理核心来完成,后来的超线程技术一定程度上提高了CPU的多任务处理能力,而多核心CPU则进一步提高了这一能力。

多核心CPU

多核心CPU,是指一个CPU有多个物理核心,即多个核心处理器。

比如,一个双核心CPU有两个核心处理器,从而让电脑的操作系统认为这是两个CPU;这时操作系统就会把需要执行的任务同时分别交给这两个物理核心去完成,从而达到同一时间执行多项任务的目的。

多核心CPU和超线程的区别

超线程技术是用一个物理核心模拟出两个逻辑核心,可以说是在欺骗操作系统,而多核心CPU是真的有两个物理核心。

多核心CPU和多CPU的区别

多核心CPU的多个物理核心都在同一个CPU上,所以主板上只需要一个CPU插槽;而如果是多个CPU,主板上就需要有多个CPU插槽,且每个单独的CPU都需要搭配单独的供电、降温和其它相关硬件。同时因为所有的核心都在同一颗CPU上,它们之间通信时的所需的时间也比多个CPU要小很多。

Intel CPU超线程(Hyper Threading)技术简介

2002年以前,想要比较两个CPU的性能,只需要看主频高低就好了。但现在的CPU可以支持超线程和多核技术,有的电脑甚至可以同时装载多个CPU。

一个支持超线程或者多核技术的CPU,它的性能可以比相同主频但是不支持超线程的单核CPU高;而装载多个CPU的电脑,性能更是要高出很多。

1,超线程
2,多核心
3,多CPU

以上3种技术都是为了使电脑可以同时进行多项运算,增强电脑在多任务处理、视频编辑和大型游戏时的表现。

本篇就来介绍其中的“超线程”:

超线程,英文全称:Intel Hyper-Threading Technology,中文翻译:英特尔超线程技术。

超线程技术是Intel将“并行计算”应用在消费级电脑上的首次尝试,采用这项技术的第一个CPU,是2002年发布的“奔腾4 HT”桌面CPU。

在此之前的奔腾4系列CPU,同一时间只能执行一项任务,超线程技术则可以让CPU在同一时间执行多项任务。

一个支持超线程的CPU物理核心,可以模拟出两个逻辑核心,让电脑的操作系统认为这是两个独立的CPU,这时操作系统就会把需要执行的任务同时分别交给两个逻辑核心去完成,从而达到同一时间执行多项任务的目的。

CPU主频简介

说起电脑CPU,我们常常说某个CPU是多少兆赫的,这个多少兆赫就是“CPU主频”,是CPU运算速度的重要指标,但是其具体含义我们可能并不清楚。

本篇要为大家介绍的,就是“CPU主频”。

一、CPU主频的含义

CPU的主频,是指该CPU的单个核心在工作时的时钟频率(CPU Clock Speed)。

CPU在工作时,需要在“逻辑零状态”和“逻辑一状态”之间来回切换,切换一次(从0到1再到0)即为一个“时钟周期”;在1秒钟的时间内,CPU所能完成的切换次数(即“每秒时钟周期”数),称为该CPU的时钟频率。

CPU主频的单位是Hz(赫兹)、KHz(千赫)、MHz(兆赫)、GHz(吉赫),1GHz=1000MHz,1MHz=1000KHz,1KHz=1000Hz。

二、CPU主频和运算速度的关系

很多人认为CPU的主频越高,运算速度就越高,其实这种说法是不准确的。影响CPU运算速度的因素有很多,包括缓存、指令集、CPU的位数等,主频只是其中的一个因素。

一般来说,在同一CPU厂商生产的同一品牌、同代处理器中,CPU主频越高,运算速度越快。

Intel CPU产品线简介

CPU的型号多种多样,其命名(如8700K)也无法让人一眼明白它的性能强弱。对于一个电脑硬件小白来说,想要挑选到合适自己需求的CPU并不是一件容易的事情。CPU生产厂商也并不是不知道这一点,只是想要精准的满足不同的需求,就需要生产多种型号的CPU,这一点无法避免。

然而厂商对于其所生产的CPU,也不是胡乱命名的;虽然不够直白,但是却有其内在的逻辑。厂商根据消费者需求生产CPU,而我们只需要理解厂商生产这些CPU时所针对的需求,就可以准确地找到适合我们需求的CPU了。

本篇就先来介绍一下Intel的CPU产品线:

截止2017年,Intel的CPU产品线主要分为酷睿(Core)、奔腾(Pentium)、赛扬(Celeron)、至强(Xeon)、凌动(Atom)、安腾(Itanium)、Quark,共7个品牌。

Intel对它们的市场定位分别是:

酷睿奔腾赛扬主要针对桌面(台式)电脑和笔记本电脑市场;
至强主要供服务器及工作站使用;
凌动的市场定位是在于智能手机、平板电脑和低成本PC;

安腾的市场定位是在于企业服务器与高性能运算系统;
Quark专为小尺寸和低功耗设备而设计,并面向包括可穿戴设备在内的新市场。

由此可见,安腾和Quark主要针对企业市场,而我们个人配电脑时,则只要在酷睿、奔腾、赛扬、至强、凌动5个品牌中选择即可。

下面我们分别来了解一下这5个品牌:

酷睿(Core)

目前最主流的英特尔酷睿CPU,当属酷睿“i”系列,作为2006年发布的Core2的继任者,按性能从弱到强排列,主要包括:i3、i5、i7三类处理器。

但是它们的发布顺序却刚好相反:

i7,最早于2008年发布,当时的CPU主频只有1.6GHz,现在已经进化到4.4GHz了。i7主要分为两大阵营:低功耗的4核处理器(功率45~130瓦)和提供多种强力多核选项的适用于桌面系统的CPU(功率130~150瓦)。

接着是位于中间水平的i5,首次发布于2009年。i5 CPU可用于桌面和笔记本系统,既有双核也有4核,并且非常节能(功率17-95瓦)。

最后是i3,首次发布于2010年,作为一个节能的双核CPU系列,当时的主频是2.4GHz,最近已经发展到3.7GHz(2015.2)了。在35~73瓦的功耗下,i3系列CPU的能力不能算弱,但一般来说,i3系列CPU主要用于低端电脑系统当中。

奔腾(Pentium)

酷睿当然不是Intel的第一个品牌,远远不是。Intel在1993年第一次发布奔腾(Pentium)处理器,当时的CPU主频只有60MHz(1000MHz=1GHz),并且在2005年之前都只有单核处理器。2005年,Intel发布奔腾D和奔腾EE(Extreme Edition)处理器,搭载可运行多线程程序的双核CPU。一年后,第一代酷睿处理器发布。

20年间,Intel发布了种类繁多的CPU芯片:Pentium Pro(1995-1998)、MMX(1996-1999)、Pentium II(1997-1999)、Pentium III(1999-2003)、Pentium 4(2000-2008)、Pentium M(2005-2008)。

2014年,为庆祝这位个人电脑处理器老爷爷的生日,Pentium 20周年纪念版发布,奔腾品牌仍将在Intel低端处理器产品线中占有一席之地。

赛扬(Celeron)

赛扬发布于1998年,作为相对低能耗的CPU,它比上网本时代的低功耗电脑整整早了10年。当时主频只有266MHz,现在提升至3.6GHz,这个只有单核和双核产品的品牌仍然在Intel的CPU产品线中。

凌动(Atom)

相比与性能更注重节能的凌动(Atom)品牌,近年来多见于家用低成本笔记本和NAS硬盘盒中。发布于2008年却只有800MHz的主频,现在主频提升至了2.13GHz,多用于移动设备、机器人和健康硬件。

至强(Xeon)

至强CPU首次发布于1998年,最初的主频在400MHz左右。至强(Xeon)的出现,让Mac Pro这样的顶级工作站电脑成为了可能。目前,至强主频已经达到4.4GHz,核心数可达12甚至15个。