什麼是CPU中央處理器?

中央處理器(Central Processing Unit,簡稱CPU)是電腦中重要的零組件,它是負責運算和執行大多數命令的硬體。

你可能會看到許多用來描述CPU的不同名稱,包括處理器、電腦處理器、微處理器、中央處理器和電腦的大腦等。

雖然我們說到CPU就會直接聯想到電腦,但其實各種設備都會使用到CPU,包括桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機、Apple Watch,甚至連特斯拉電動車也都有CPU

而Intel和AMD是桌上型電腦、筆記型電腦和伺服器中最受歡迎且頻繁採用的兩個CPU製造商,而Apple、NVIDIA和高通則是智慧型手機和平板電腦 的CPU製造商。

CPU的外觀和位置

現代CPU通常都是小正方形的外觀,在底部有許多短而圓的金屬接觸點,而較舊的CPU款式可能還是使用針腳形式,而不是使用金屬接觸點。

安裝CPU時,就直接將CPU的金屬接觸點或針腳朝下放入主機板的座槽,然後用一個小槓桿的機構固定CPU。

另外,並非所有CPU底部都有針腳,但在有針腳的CPU種類中,針腳真的很容易會彎折到。所以在安裝或拆卸時要格外小心,尤其是在將它們安裝到主機板時,一定要特別小心。

運行一小段時間後,CPU會變得非常燙。為了幫助CPU散熱,幾乎所有CPU都會需要安裝散熱器和風扇,通常這些物品都會在購買CPU時附贈。最後,不要忘記在CPU和散熱器中間塗上一層薄博的散熱膏。

當然現在還有其他更高階的CPU冷卻選項,比如水冷式散熱套件或雙塔式氣冷散熱器。

 

什麼是CPU時脈速度(CPU Clock Speed)?

CPU中央處理器的時脈速度是指它在任何給定秒數內可以處理的指令數,一般以GHz為單位。

例如CPU每秒可以處理一條指令,那麼它的時脈速度就是1 Hz。我們以比較貼近實際情況來舉例,假設一個CPU時脈速度為3.0 GHz,那麼就代表它每秒可以處理30億條指令。

 

什麼是CPU核心(CPU Cores)?

有些設備使用單核心CPU處理器,而有些則使用雙核、四核或甚至更多核心的處理器,那麼這個幾核心是什麼意思呢?

所謂核心是指單位時間內能執行幾倍的指令數量,比如雙核心CPU就代表它每秒可以同時處理兩倍的指令輛,從而顯著提高性能,因此核心數簡單來講就是多多益善。

另外,你應該聽過CPU虛擬八核心之內的名稱,這個意思是每個可用的物理核心虛擬化成兩個核心,這種技術稱為超執行緒或超線程。

也就是說一顆只有四個核心的CPU,可以透過超線程來達到像有八個核心的CPU一樣運算,而額外多出來的4個CPU核心就是虛擬核心。不過,物理核心的性能肯定要比虛擬核心好。

在CPU允許的情況下,某些應用程式可以使用所謂的多線程來運算。你可以將線程理解為電腦運算的單個部分,那麼在單個CPU核心中使用多個線程代表可以同時運算和處理更多指令。

 

以Intel Core i3、i5和i7舉例

想了解CPU實際範例用Intel Core處理器來舉例應該最快,讓我們來認識Intel是如何開發出它的處理器。

你應該可以從他們的產品命名猜到,Intel Core i7處理器的性能優於i5處理器,然後i5處理器的性能又優於i3處理器。

為什麼它們三種之間會有性能表現差異呢?

Intel Core i3處理器是雙核心處理器,而i5和i7處理器是四核處理器,所以從核心數可以很容易理解i3處理器性能不如i5和i7的原因。但是,i5和i7核心數一樣,又是什麼原因導致性能有高下之分呢?

Turbo Boost是i5和i7晶片中的一項功能,可讓處理器在需要時將時脈速度提高到超過基本速度,例如從3.0 GHz提升到3.5 GHz,而i3晶片中沒有這個功能。

以”K”結尾的處理器型號可以超頻,這代表可以一直強制使用這種額外的時脈速度。

超線程使每個CPU核心能夠處理兩個線程,這代表具有超線程的i3處理器僅支援四個並發線程,因為i3是雙核心處理器。

Intel i5 處理器不支援超線程,這代表著它最多可以同時處理四個線程。但是,i7處理器再次支援雙線程技術,因此四核心處理器可以同時處理8 個線程。

另外,沒有持續供電的設備有固定功率限制,像是筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦等,它們的處理器(無論是i3、i5或i7)與桌上型電腦使用的CPU就是會有不同,因為它們必須在性能和耗電之間找到平衡點。

 

關於CPU的更多資訊

時脈速度和CPU核心數量都不是完全決定一款CPU是否比另一個更好的唯一考量因素。它通常也要考慮主要在電腦上執行的軟體類型。換句話說,將使用CPU的應用程式也是影響性能的原因之一。

一個CPU可能具有低時脈速度,但它是一個四核心處理器,而另一個具有高時脈速度,但只是雙核心處理器。同樣的,決定哪個CPU的性能優於另一個CPU,完全取決於CPU的實際用途。

例如,與具有高時脈速度的單核CPU相比,一個擁有多核心且時脈速度較低的CPU,反而更適合用來進行影片剪輯使用。

還有就是並非所有軟體、遊戲都可以利用全部的核心數,這使得具備更多可用核心數的CPU變得毫無用處。例如一款遊戲就是用到兩個核心來運算,那麼四核心CPU就有兩個核心在發呆沒有工作。

CPU的另一個組件是CPU快取緩存(CPU Cache),CPU緩存就像是一個臨時存放常用數據的地方。CPU不會為這些項目調用RAM來用,而是會確定你是否繼續使用特定數據,假設你希望繼續使用它,那麼CPU就會將它儲存在緩存中。

從CPU緩存拿資料,比存到RAM再從RAM提取資料快多了,因為它本身是中央處理器的一部分,而更多的緩存代表需要更多的空間來保存這些臨時資料。

你的電腦是否可以運行32位元或64位元的作業系統,取決於CPU可以處理的數據位元大小。與32位元CPU處理器相比,64位元處理器可以一次處理更多的緩存,這就是為什麼64位元的作業系統和應用程式不能在32位元處理器上執行的原因。

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