认识和选购服务器CPU

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任务目标
① 了解CPU的基本知识和性能参数。
② 掌握CPU的识别、选购方法。
③ 掌握CPU的性能测试。
任务实施
知识储备
计算机主机系统主要包括CPU、内存和主板三大硬件。主机系统以外的其他设备用于辅助主机的工作,都属于外部设备,简称外设。
CPU(Central Processing Unit)即中央处理器,又叫中央处理单元,也叫微处理器。主要由运算器和控制器组成,是计算机的核心部件。它是一块超大规模集成电路芯片,内部是几千万个到数十亿个晶体管元器件组成的复杂电路,负责整个系统指令的执行、算数与逻辑运算、数据存储传输以及输入、输出的控制。一台计算机的性能高低主要很大程度上取决于CPU性能的高低。
由于CPU的技术难度大、生产成本高、开发周期长,因而市面上常见的计算机CPU的主要生产厂家只有Intel和AMD两家。。Intel公司生产的CPU素以稳定著称,一直在领导着CPU的发展趋势,而AMD公司产品的性价比很高,是目前唯一一家能够与Intel相抗衡的公司。
思考探究:从1971年Intel公司推出世界上第一款微处理器4004之后的很长一段时间里,CPU的发展基本上都是遵循着摩尔定律。查询什么是摩尔定律并与同学分享。
视野拓宽:
龙芯是中国科学院计算所自主研发的通用CPU,采用简单指令集,类似于MIPS指令集。龙芯最为独特的优势,不是性能,也不是价格,而是它的安全性。军队、政府、国有企业和科研机构等部门使用的信息技术设备,直接关系到国家信息网络的安全。采用龙芯CPU,将有助于消除中国在电子政务、国防等方面的安全困惑,改变在信息安全领域的被动局面。
通过互联网搜索更多有关中国制造CPU——龙芯的当前发展状况并与同学们分享。
一、了解CPU的性能指标
选购CPU时,我们所接触到的一般只是CPU的型号,比如在前面的电脑配置单中所采用的“Intel 酷睿i9 9980XE”和“AMD Ryzen Threadripper 2990WX”都只列出了CPU的型号。单纯从型号中并不能做出与其他CPU的性能比对,要评价CPU的性能强弱,必须要熟知一些性能参数。

  1. 主频、外频和倍频

主频也叫做时钟频率,单位是MHz或者GHz,CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,主频越高,CPU在一个时钟周期里所能完成的指令也就越多,其运算速度理论上也就也会越快。目前主流CPU的主频大都在3GHz左右,由于受到各种限制,CPU主频已很难再进一步大幅提升。
思考探究:若CPU的主频是3.5GHz,那CPU一秒钟内数字脉冲信号震荡多少次?
外频是指CPU与主板之间同步运行的速度,它直接影响到CPU对内存的访问速度,外频越高,CPU就可以在同样的时间里读取更多的数据,从而使整个系统的速度提高。
倍频是指CPU的运行频率(即主频)与外频之间的比值,大部分情况下这个数值已被锁定,如用户确实要通过修改这个数值来超频,只需将设定值大于默认值即可,即 “超频”。
三者之间的关系为:主频=外频x×倍频。
2.工作电压
工作电压是指CPU正常工作时所需的电压。随着制造工艺的提高,CPU的工作电压有逐步下降的趋势,当前的CPU已经采用了1.1V甚至更低的工作电压。低工作电压可以解决发热过高和功耗过大的问题。这点对于笔记本来说尤为重要。我们也可以在BIOS设置里提高CPU的工作电压来进行超频。
温馨提示:CPU超频有可能引起发热量过大从而导致死机等故障现象。
思考探究:该如何逐步超频?超频引起死机现象该如何解决?
3.CPU缓存(Cache Memory)
CPU缓存(Cache MemoneyMemory)是位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小但交换速度快。CPU缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时,首先从缓存中查找,如果找到就立即读取并送给CPU处理;如果没有找到,就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理,同时把这个数据所在的数据块调入缓存中,可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行,不必再调用内存,从而加快读取速度。CPU缓存采用了分级设计,分别为一级缓存L1 Cache、二级缓存L2 Cache和三级缓存L3 Cache。
一级高速缓存也叫L1高速缓存(L1 Cache),由SRAM组成,CPU内置高速缓存可以提高CPU的运行效率,并且容量越大对CPU的性能影响也较大,但L1高速缓存的容量由于设计原因一般不会做的太大。
二级高速缓存也叫L2高速缓存(L2 Cache),位于CPU与内存之间的临时存储器,原则上也是越大越好,家用PC机CPU的二级缓存可达十几M。它的容量比内存小但交换速度快。二级缓存比一级缓存速度慢,但容量更大,主要就是做一级缓存和内存之间数据临时交换的地方用。
三级缓存(L3 Cache),可以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。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对大型游的运行都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面会有显著的提升。如Intel 酷睿i9 9980XE的三级缓存为25MB。
总之,缓存的容量越大,CPU的性能就越好,所有的缓存都集成在CPU内部,与CPU封装成为一个整体。
4.制造工艺(制程)
制造工艺也叫制程,是指IC内电路与电路之间的最小距离,其单位通常是nm(纳米)。密度愈高的IC电路设计,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更强的电路设计。微电子技术的发展与进步,主要是靠制造工艺的不断改进,使得器件的特征尺寸不断缩小,从而集成度不断提高,功耗降低,器件性能得到提高。如Intel 酷睿i9 9980XE芯片制造工艺为14纳米。

  1. 超线程及多核心技术

所谓“超线程(Hyper-Threding, HT)”技术,就是利用特殊的硬件指令,把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,让单个处理器都能使用线程级并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件,减少了CPU的闲置时间,提高了CPU的运行效率。检测CPU线程数量的一个简单办法是同时按下“Ctrl+Alt+Del”键打开任务管理器,切换到“性能”选项卡,在“CPU使用记录”中可以看到CPU的线程数量。如图2-2所示为四线程CPU。也可在“运行”对话框里输入“dxdiag”查看处理器相关信息,如“处理器:Intel(R)Xeon(R)CPU E5-1603 0 @ 2.8Ghz (4 CPUs), ~2.8Ghz”其中的“(4 CPUs)”表示该计算机的CPU是四线程。
多核处理器是指在单个半导体的处理器中集成多个具有同样功能的处理器核心,也就是将多个物理处理器核心整合到一个内核中。目前销售的CPU以双核心居多。检测CPU核心数量的一个简单办法是同时按下“Ctrl+Alt+Del”键打开任务管理器,切换到“性能”选项卡,在“CPU使用记录”中可以看到CPU的核心数量。
温馨提示:双核CPU和两个CPU不是一回事,请同学们分辨其中的区别。另外,使用鲁大师的“硬件检测”功能查看“处理器信息”中的“处理器数量”可轻松查看CPU的核心数和线程数;使用“CPU-Z”软件也可轻松查看查看CPU的核心数和线程数。

  1. 字长

字长是CPU 在单位时间内能一次处理的二进制数的最大位数。一般来讲,字长越大,CPU处理速度越快、运算精度越高。目前使用的CPU字长基本上都是64位,也就是说CPU可以一次性处理8字节的数据。

  1. CPU接口类型

接口是指CPU背面与主板插座接触的部位。CPU接口总体上分为Intel的LGA触点式接口和AMD的SocketPGA针脚式接口两种类型。
CPU的接口类型不同,在插孔数、大小、形状上都有很大变化,彼此之间无法兼容,因此具有某种接口类型的CPU,只能使用在具有相应类型插槽的主板上。尤其是在组装台式机时,一定要注意CPU的接口要与主板CPU插座相匹配。
操作实践
一、CPU的选购要素
总的来说,选购CPU,首先考虑的是CPU的生产厂家,然后考虑CPU型号、主频、性价比、超频能力等,当然应该最注意的是CPU一定要与主板的插槽相匹配。购买计算机时仅仅依靠CPU并不能提升整机性能,微机的性能要受到各种部件的影响,只有配件间搭配合理、性能均衡才能发挥最佳效果。在选择CPU时,一定要明确装机的目的,不要盲目追赶潮流,要根据自己的实际需要以及预算合理地进行选择。

  1. 按需购置

普通家用户和办公应用对计算机的要求主要是文字和图像处理、影视欣赏、网上冲浪、电脑游戏、普通二维图形设计等。对于此类用途,目前市面上的中端主流CPU都可满足需求。如果用户需要相对比较充分地完成此类工作,则CPU主频在3GHz左右即可。
一些3D软件或三维游戏对整机性能要求较高,对CPU的要求也就比较高,同时还需要有好的显卡、主板以及大容量的内存匹配。建议这类用户选购当前稍超主流的CPU产品,与显存容量大、图形处理芯片功能强的显卡和高工作频率、大容量的内存条搭配以满足需要。
网络服务器这样的机型对CPU的要求最高,建议选购高端服务器型CPU,并选购支持多CPU的主板和容量大的内存。
2.选择Intel还是AMD的处理器
在确定CPU的档次后,接下来就要决定选购何种CPU。目前市面上的主流CPU都是Intel和AMD的产品。一般来说Intel的CPU在商业应用、多媒体应用和平面设计方面上具有优势,而AMD的CPU则在三维制作、游戏应用、视频处理等方面有优势。不过性能方面,同档次的Intel处理器整体上要比AMD好一点,也更稳定一点,功耗相对来说也要小些,不过AMD的处理器具有较高的性价比。
3.选择盒装还是散装
盒装的CPU带散热风扇,质保一般为三年,散装的CPU不带散热风扇,质保时间往往只有一年。盒装和散装CPU在本质上并没有区别,也就是说两者在性能、稳定性以及超频潜力方面不存在任何的差距,而差距主要在于质保时间的长短与是否带有散热风扇。选择散装CPU后用户自买散热风扇也是个不错的选择。
4.注意不要购买到假的CPU
CPU市场种类繁多,情况复杂,假货水货较多。不法商家的主要伎俩就是以次充好,也有一些商家将散装的经过简单的拼凑后当盒装的卖。Intel公司提供了一种名为Processorr Frequency ID Utilily的软件,它可以方便区分出Intel所生产的各种型号的CPU,这样就可以方便地测出商家是否以次充好了。另外也可以通过看包装盒和打电话查询真伪。
二、CPU查看与选购实践

  1. 通过任务管理器查看你的计算机的CPU有几个核心数量:
  2. 利用创壹虚拟教学系统查看CPU,根据CPU上的标识区分CPU生产厂家、型号以及接口类型等尽可能详尽的参数:
  3. 结合个人的实际情况,利用互联网在中关村在线或者其他PC硬件销售网站上模拟选购价值500元、800元及1200元左右的几款CPU,并与小组同学分享选购的理由与技巧。

500元左右CPU型号参数
800元左右CPU型号参数
1200元左右CPU型号参数
思考练习
一、填空题

  1. 同等价格而言,美国的_______公司的CPU性价比高,_______公司的CPU稳定。
  2. CPU是计算机中核心部件,主要由用来完成算术运算和逻辑运算的___________和用来控制各个部件协调运作的___________组成。
  3. CPU的主频、外频、倍频之间的关系是______________________ 。
  4. 目前CPU的缓存最多可分为___________级。
  5. 通过查阅资料,你所了解的Intel CPU最新的制作工艺为___________nm。

二、选择题

  1. 目前,世界上两大CPU制造商是( )。

A.AMD和Intel B.Intel 和ASUSASUS C.VIA和Apple D.Intel和lenovo

  1. 在以下存储设备中,( )存取速度最快。

A. U盘 B. 硬盘 C. 内存 D. CPU缓存

  1. 目前Intel的CPU普遍采用了( )类型的接口

A. Socket针脚式 B. LGA触点式 C. Slot插卡式 D. Socket针脚式和LGA触点式

  1. 目前AMD的CPU普遍采用了( )类型的接口

A. Socket针脚式 B. LGA触点式 C. Slot插卡式 D. Socket针脚式和LGA触点式

  1. 为了缓解CPU与主存储器之间速度不匹配的问题,通常在CPU与内存之间增设( )

A.内存 B.Cache C.虚拟存储器 D.流水线
任务评价
序号 一级指标 分值 得分 存在问题
1 CPU性能指标 30
2 CPU选购参考因素 20
3 CPU选购实践 20
4 查看核心及使用创壹虚拟教学系统观察CPU 10
5 思考练习 20
合计 100
任务拓展
CPU的检测
CPU-Z是一款绿色免安装工具软件,只有几MB,通过搜索很容易下载的到,下载对应操作系统版本(32位或64位)之后解压即可直接使用。它可以查看电脑CPU的各项数据信息,比如CPU 名称、厂商、内核进程、内部和外部时钟、局部时钟监测等参数。这款工具使用非常方便,打开后就可以显示CPU数据。建议大家在选购之前或者购买CPU后,通过它来测量一下CPU实际设计的FSB频率和倍频等参数以免被不良商家蒙蔽。

  1. CPU 信息标签页

关于CPU的信息可以在软件第一个标签页中看到。
在CPU信息标签页中,比较重要的几个数值如下:
① 名称:处理器名称;
② 代号:处理器厂商对该处理器的内部代号;
③ 插槽:处理器接口封装类型;
④ 工艺:生产该处理器的制造工艺,以纳米为单位,在本例中为45纳米;
⑤ 核心电压:处理器工作电压;
⑥ 指令集:该处理器所支持的指令集,如 x86-64 表示可以支持 64 位运算;
⑦ 时钟:可以查看CPU的核心速度、倍频、总线速度、FSB等;
⑧ 核心数、线程数:查看CPU的核心及线程数量。

  1. CPU 缓存信息

可以在“缓存”标签页来查看CPU的缓存信息,包括L1、L2、L3的数据缓存和指令缓存等。
温馨提示:低端或者比较早的CPU可能没有L3甚至L2缓存。

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我有话说: