電腦達人養成計畫 2-2:帶你看懂 CPU 規格

處理器的規格其實比絕大多數人想像複雜,有很多人其實從來沒有弄清楚這些規格所代表的意義是什麼過 (甚至是在 3C 賣場幫人組裝電腦的員工,絕大多數對這方面也沒有甚麼概念),但其實「魔鬼藏在細節裡」,其實處理器規格絕對不只是核心數多寡、時脈高低而已,對規格有更深入的了解一方面可以買到更符合自己需求的產品,另一方面也能避免當了冤大頭還不知情的悲劇發生,本篇主要是教大家如何「使用工具來判讀自己電腦目前使用的 CPU 的規格」,之後的文章則將依序介紹指令集、各家處理器廠商技術、Intel 與 AMD 旗下處理器產品的型號與規格、Intel 與 AMD 旗下處理器的近代編年史。

處理器規格查詢工具

目前最常見的「免費」 CPU 規格查詢工具大概就是 CPU-Z 了 (當然要更詳細的資料可以使用 AIDA64,不過 AIDA64 是要付錢買授權的軟體),因此站長在這篇文章會以 CPU-Z 顯示的資訊為基礎進行說明。

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↑ CPU-Z 介面

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檔案內容:CPU-Z
檔案語系:英文 (美國)、中文 (簡體)
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處理器規格導覽

以站長目前使用的 CPU 為例 (Intel Core i7 4930K),執行 CPU-Z 顯示的結果是這樣的 (每台電腦使用不同 CPU,秀出來的畫面會不同,但欄位都一樣):

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主要規格部分

快取記憶體規格部分 (Cache)

其實 CPU 裡面也有記憶體,如同你所知道的,記憶體的存在是為了提供比硬碟還要快很多的緩衝區,用來放置暫存或即將用到的資料,而且記憶體的單位 GB 成本比硬碟高出很多倍,其實 CPU 內的快取記憶體也是同樣的道理,CPU 內的快取記憶體比主記憶體又要快上很多倍,但成本則是高出更多倍,因此 CPU 內的快取記憶體容量實際上是以 KB、MB 計算的。

目前的 CPU 通常快取記憶體還分成三層,與記憶體相同,越後層的速度越慢、成本也越低,但容量也越大,從小到大依序命名為 L1 Cache、L2 Cache、L3 Cache,以 Intel 近幾代的產品而言,同一架構底下的所有型號不論高低階,L1 與 L2 配置都會是相同的 (因為設置在各核心內,所以是根據核心數目而定,有幾個核心就給幾倍),一般來說 L1 不會超過 128 KB,L2 則不一定,因此我們在看近幾代 Intel 處理器型號時出現的「X M Cache」、「Intel Smart Cache」 實際上就是傳統上我們所說的 L3 Cache,是由所有核心共享的,不過 AMD 的處理器就不是這樣了,之後有機會站長會再談。

基本上這項規格沒甚麼好談的,越大越好就對了!

運作時脈部分 (Clock)

這部分比較複雜,由於目前的主流是 Intel CPU,因此站長在這裡只先談 Intel 近幾代 CPU 的算法:

Core Speed 就是大家傳統認知上的「時脈」,實際上的意思是指 CPU 每秒可以運作幾個 cycle (運算流程循環),單位通常為 MHz (每秒幾百萬 cycle)、GHz (每秒幾十億次 cycle),由於 Pentium 4 時期拉高時脈的行銷手法太成功,有很多人都以為 Core Speed 越高一定越好,實際上並不是這樣!

實際上 CPU 的運作時脈只有在「結構相同」的情況下才有比較意義,因為每種不同的 CPU 其實在每個 cycle 內可以做的事情多寡並不一樣!資工系大學部課程的計算機組織就會說明這件事情,造成不同 CPU 之間時脈比較沒有意義的因素其實很多,最直觀的則是 IPC 的不同會對時脈的相對意義帶來很大的改變。 (IPC 是 Instruction per cycle,每一循環 CPU 可以執行多少指令)

除了 IPC 之外還有電路設計與指令集等等的差異,都會使處理器在執行特定運算時有不同的表現,差異甚至可以達到數倍之多,早就超越時脈的影響力,因此時脈其實在現今而言不是非常重要的比較因素了,當然在同樣系列、同樣結構的 CPU 之間,時脈越高性能也會隨之越高,價格當然也是。

站長在這裡舉個實例:Intel Pentium 4 到末期的 Prescott 核心最高可以有 3.80 GHz 的時脈,但實際上跑起來甚至不如 Core 2 Duo 的某些型號,要知道 Core 2 Duo 絕大多數產品時脈可都在 2.5 GHz 以下,最高也只到 3.33 GHz。

Multiplier 是「倍頻」,與之相對的還有 Bus Speed 則是「外頻」,這兩個數字相乘就會得到 Core Speed (時脈),這兩個數字各自有其不同的意義:

如果覺得說明有點難懂,站長舉這個例子或許會比較容易理解:

站長的 CPU 外頻預設是 100 MHz,如果站長使用的記憶體是 DDR3 1600 (也就是實際時脈是 800 MHz),外頻與記憶體時脈的比值就是 1:8,而此時若站長將 CPU 的外頻調整為 133 MHz,其他設定不動的話,實際上記憶體的時脈會隨之被拉高到 1064 MHz (也就是 DDR3 2128)。

不過廠商自然也有想到這個問題 (其實也是記憶體時脈不一的必然),因此記憶體控制器是能支援不同的外頻與記憶體時脈的比值的 (又稱為「除頻比」),例如如果站長的主機板有支援除頻比調整的話,將 1:8 改為 1:6 其實就能夠將記憶體維持在 DDR3 1600 的運作時脈,但 CPU 的時脈則會提升 33 (外頻增幅) x 39 (倍頻) Mhz (實際上當然不可能調到 33 這麼多啦)。

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