CPU是電腦的核心，負責電腦所有的運算及控制。選購CPU是電腦DIY中最重要的環節，所以我們在選購CPU之前要先了解CPU最基本的一些知識，那麼下面就讓我來介紹一下有關CPU的一些信息。

01認識CPU

一、CPU的含義及功能

CPU是英文central processing unit的縮寫，意為中央處理器，是電腦的核心，通常是一塊超大規模的集成電路，是電腦的運算中心和控制中心。

它的主要功能是解釋電腦指令以及處理電腦軟件中的數據。

中央處理器(CPU)主要包括兩個部分，即控制器和運算器，其中還包括高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的若幹數控、控制的總線。

二、CPU的制造工藝

CPU是由半導體矽及一些金屬及化學原料制造的。CPU的制造是一項極為精密複雜的過程，當今隻有少數的幾家廠商具備研發和生産CPU的能力。那麼它到底有多複雜，需要經過哪些工序才能制作完成呢？

1、矽提純

生産CPU等芯片的材料是半導體，現階段的主要原料就是矽（Si），這是一種非金屬元素，從化學的角度來看，由于它處于元素周期表與非金屬元素的交界處，所以具有半導體的性質，适合制造各種微小的晶體管，是目前最适合制造現代大規模集成電路的材料之一。

CPU 在生産過程中，對矽的純度要求很高，幾乎不能摻雜任何雜質，平均100萬個矽原子中最多有一個雜質原子。在矽提純的過程中，原材料矽将被熔化，并放進一個巨大的石英熔爐。這時向熔爐裡放入一顆晶種，以便矽晶體圍着這顆晶體“生長”，直到形成一個幾近完美的單晶矽錠，這顆矽錠的直徑大都是300毫米。

單晶矽錠

2、切割晶圓

提純完畢，接下來，将單晶矽錠切割成片狀，因為是對圓柱體橫向切割，截面為圓形，所以稱為晶圓。

晶圓才是真正制作CPU的材料。

切割晶圓就是是用機器從單晶矽棒上切割下一片事先确定規格的矽晶片，并将其劃分為多個細小的區域，每個區域都将成為一個CPU的内核。一般來說，晶圓切得越薄，相同量的矽材料能夠制造的CPU成品就越多。

接下來就是把切割的晶圓磨光，并檢查是否有變形或者其他問題。質量檢查直接決定着CPU的最終良品率。被切割出的晶圓經過抛光後幾乎完美無瑕，表面甚至可以直接當鏡子。所以就光切割晶圓這一過程就如此複雜，更别說其他的工序了，就連著名的因特爾公司都不生産這種晶圓，而是從第三方購買成品，然後利用自己的技術再進行其他的工序。

3、影印

抛光完成後，在經過熱處理得到的矽氧化物層上面塗敷一種光阻物質，叫做光敏抗蝕膜或光刻膠。

4、蝕刻

這一步是CPU生産過程中最重要的一步，也是CPU工業中的重頭技術。蝕刻技術把對光的應用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長的光将透過這些石英遮罩的孔，照在光刻膠上，使之曝光。

為了避免讓不需要被曝光的區域也受到光的幹擾，必須制造遮罩來遮蔽這些區域。期間發生的化學反應類似于老式相機按下快門後膠片的變化。被紫外線照射的地方光阻物質溶解。接下來停止光照并移除遮罩，使用特定的化學溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼着抗蝕膜的一層矽。這個是一個相當複雜的過程，每一個遮罩的複雜程度得用10GB的數據來描述。

然後，曝光的矽将被原子轟擊，使得暴露的矽基片局部摻雜，從而改變這些區域的導電狀态，以制造出N井或P井，結合上面制造的基片，CPU的門電路就完成了。

5、重複、分層

為加工一層新的電路，再次生長矽氧化物，然後沉積一層多晶矽，塗敷光阻物質，重複影印、蝕刻過程，得到含多晶矽和矽氧化物的溝槽結構。重複多遍，形成一個3D結構，這才是最終的CPU核心。每幾層中間都要填上金屬作為導體。層數決定于設計時CPU的布局，以及通過的電流大小。

6、晶圓測試、切片

晶圓制作完成後，需要進行測試，這一步将測試晶圓的電氣性能，以檢查是否出了差錯，以及這些差錯出在了哪個步驟。接下來，将晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的内核，測試過程中發現的有瑕疵的内核被抛棄，留下好的準備進入下一步。晶圓上的每個CPU核心都将會被分開測試。可以鑒别出每一可處理器的關鍵特性，比如最高頻率，功耗，發熱量等，并确定處理器的等級，如果性能好且穩定的話，作為高端處理器内核，否則按照核心的穩定頻率，進行定義、鎖頻後封裝，作為中端處理器銷售，按照該方法，完成整個系列的分級。

7、封裝

這時的CPU是一塊塊晶圓，它還不能直接被用戶使用，必須将它封入一個陶瓷的或塑料的封殼中。這樣就可以将其很容易地裝在一塊電路闆上了。封裝結構各有不同，但等級越高的CPU封裝越複雜，新的封裝往往能帶來芯片電器性能和穩定性能的提升，并間接地為主頻的提升提供堅實可靠的基礎。

02CPU的參數

在我們選購CPU時，最重要的參考标準就是CPU的各項參數。

1、CPU的頻率

（1）主頻

主頻也叫時鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或者千兆赫（GHz），用來表示CPU的運算、處理數據的速度。通常主頻越高，CPU處理數據的速度就越快。

CPU的主頻=外頻*倍頻系數。主頻和實際的運算速度存在一定的關系，但并不是一個簡單的線性關系。所以CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有關系的，還要看CPU的流水線、總線等各方面的指标性能。

（2）外頻

外頻是CPU的基準頻率，單位是兆赫（MHz）。CPU的外頻決定着整塊主闆的運行速度。通俗地說，在台式機中，所說的超頻，都是超CPU的外頻。CPU決定着主闆的運行速度，準确地說，直接關系到内存的運行頻率。

（3）倍頻

倍頻是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下，倍頻越高，CPU的頻率也越高。但實際上，在相同的外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統之間數據傳輸的速度是有限的，如果一味地追求高主頻而得到高倍頻的CPU，就會出現明顯的瓶頸效應——CPU從系統中得到數據的極限速度不能夠滿足CPU的運算速度。一般除了工程樣闆的inter的CPU，其他CPU都已鎖了倍頻。

（4）前端總線頻率

前端總線，是将CPU連接到北橋芯片的總線。選購主闆和CPU時要考慮兩者的搭配問題，一般來說，前端總線是由CPU決定的，如果主闆不支持CPU所需要的前端總線。系統就無法工作。也就是說，需要主闆和CPU都支持某個前端總線，系統才能工作，隻不過一個CPU默認的前端總線是唯一的，因此看一個系統的前端總線主要看CPU就可以，這也就是為什麼我說配主闆前先選擇CPU的原因之一。前端總線是處理器與主闆北橋芯片或内存控制集線器之間的數據通道，其頻率高低直接影響CPU訪問内存的速度。

由于inter與AMD采用了不同的技術，所以他們之間FSB頻率跟外頻的關系式也不同。現時的inter處理器的兩者關系是，FSB頻率=外頻*4；而AMD是：FSB頻率=外頻*2。

外頻與前端總線FSB頻率的區别是，前端總線的速度指的是數據傳輸的速度，外頻是CPU與主闆之間同步運行速度，也就是說，100MHz外頻特指數字脈沖信号在每秒鐘震蕩一次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可以接受的數據傳輸量是100MHz*64bit/8bit/Byte=800MB/s。

2、CPU的緩存

緩存指可以進行高速數據交換的區域，緩存大小也是CPU的重要指标之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大。緩存的容量越小，但是運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統内存和硬盤。

實際工作是，CPU要讀取數據，首先從高速緩存中查找，找到了就直接拿來用，否則就從内存中查找并使用，然後将其放入緩存中。因為高速緩存速度極快，直接提高了CPU的處理和運算能力。

一級緩存是CPU第一層高速緩存，分為數據緩存和指令緩存。一級緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜态RAM組成，結構較為複雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，一級緩存的容量不可能做的太大。

二級緩存是CPU的第二層高速緩存，分内部和外部兩種芯片。内部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則隻有主頻的一半。二級緩存容量也會影響CPU的性能，理論上是越大越好。

三級緩存分為兩種，早期的是外置形式，現在集成在CPU中。三級緩存在速度上不及一二級緩存，但是在容量上卻大得多。目前主流的CPU三級緩存在8M左右。

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