在能安裝軟體的機器或裝置裡,CPU(Central Processing Unit,中央處理器)一定是最主要的運算核心,小從手機、PDA,大到伺服器、汽車都有CPU。因此,要認識電腦零組件,第一步自然也是從CPU開始。依照不同的應用,手機、電腦、或伺服器所用的CPU並不會一樣,而自從Apple也轉到Intel陣營之後,個人電腦的CPU只剩下「一種」,也就是x86 CPU。「x86」是指這類CPU所能執行的指令集,由Intel設計,已經塗塗改改、疊床架屋、一團混亂將近30年了。不過因為個人電腦的普及,x86爛歸爛,大部分的人還是得用,就跟偉大的Windows一樣。

註:會叫x86的原因是初代的這種CPU叫8086、80186、80286、80386、80486,所以就被俗稱為x86了,不過486之後沒有586,而是赫赫有名的Pentium「奔騰」,但習慣就是習慣,大家已經改不掉x86的稱呼了。

在進一步仔細講CPU的功用之前,先發揚一下Mobile01的優良傳統--CPU開箱照。(拜託拜託!別跟我要CPU疊疊樂,我的心臟跟CPU一樣小顆)


CPU的外觀

一些店家或Yahoo賣家會有賣散裝的CPU,也就是一顆一顆CPU零著賣,不過比較正常的賣場都是賣盒裝的CPU。除了CPU本體,通常還會附送一顆原廠風扇,還有保証書等等。


 
Intel CPU的包裝盒,大概是兩個便當盒疊起來的厚度,上頭和背後是透明的,秀出CPU和散熱器。另一家AMD的CPU產品也是類似的包裝,我手邊剛好沒有,有熱心的網友可以貼一下照片嗎?





拆開紙盒拿出來的樣子,CPU和風扇都固定在很穩的塑膠盒裡,撥開之後再拿掉一個塑膠蓋,才能取出CPU。



CPU的核心是一顆矽晶圓做出來的晶片,不過一般是看不到的,因為新的桌上型CPU都像照片這樣多了一個金屬蓋,這蓋子有個正式的名稱叫「Heat Spreader」,不過大家都叫它鐵蓋,雖然硬撬可以把鐵蓋掀開,不過強烈建議別這麼做!鐵蓋有三種用途:第一個如它正式名稱所示,可把晶片的發熱平均分散到鐵蓋上,增加散熱的面積;第二個用途是保護晶片,以防散熱器把晶片壓壞,早期某些CPU就常被散熱器壓到崩角而無法開機(我就弄壞過一顆....);第三,也是最最重要的,鐵蓋可以印字



某些早期的CPU是沒有鐵蓋的,晶片就暴露在外面,散熱器若不小心裝,崩掉一個角就有可能無法開機了。其實目前Notebook的CPU大多也沒有鐵蓋,不過Notebook是整機模組化安裝,一般不會有人手動去換CPU。



CPU的反面,這是和主機板相接的部分,金屬點是用來傳輸資料和供給電力,稱為Land Grid Array,Intel新的CPU都是這種沒有針腳的,而是用銅接點來取代針腳,讓傳輸點可以更密集,而且不會有折彎針腳的疑慮。旁邊黑黑的東西是用來保護這些接點的塑膠蓋。



放Intel CPU的主機板插槽,照片中看不出來,不過每一個「點」都是很細小的彈簧,和CPU背面的金屬點相對應。板卡廠有時會抱怨,Intel改用Land Grid Array之後,製造針腳的負擔就轉移到主機板身上了。放進CPU之後,蓋上照片中掀起來的蓋子,然後把旁邊的鐵桿壓到底,CPU就會和這些彈簧密合,而鏤空的蓋子則是讓CPU跟散熱器接觸。



AMD新的CPU也都有鐵蓋,除了印字不同之外,外型跟Intel的CPU沒什麼兩樣。



AMD目前消費端的CPU背面則還有針腳,翻過來就會看到一根根細小的金屬針,稱為Pin Grid Array,一樣是用來讓資料進出CPU和供電給CPU。大概所有瘋狂DIY的玩家都曾經把這些針腳弄歪過,可能是摔到桌上、安裝不當,或甚至只是拿的時候捏太用力了,這時就得瞇著眼拿刀片慢慢摳回來。



放AMD CPU的主機板插槽就不是小彈簧了,而是一個個小洞,對應那些針腳。這種針腳和洞的組合有時蠻危險的,因為現在CPU有900多根腳,只要一根針腳有稍微歪掉,沒辦法準確插到洞裡,而安裝的人沒有發覺還是霸王硬上弓亂插一通,就會讓針腳歪到底或折斷,CPU可能就毀了。AMD一些伺服器的CPU已經換用Land Grid Array,未來消費端的產品應該也會跟進。

因為Intel和AMD的CPU背面針腳不同,所以也需要不同的主機板才能支援,事實上,就算針腳相同,有時主機板也不一定能辨識,這是CPU和主機板上晶片組搭配的平台狀況,之後會有進一步的解說。


現在CPU沒有散熱器就沒辦法開機運作,所以盒裝CPU都會附贈一顆原廠風扇,緊貼在CPU的正上方。買的CPU愈高階,送的風扇也會更好。散熱器底部和CPU接觸的部分通常是銅製的,可以快速導熱,那三條灰灰的東西是散熱膏,它會填滿CPU和散熱器之間的空隙,來幫助散熱。



原廠風扇在正常使用下絕對綽綽有餘,不過 真‧玩家 也絕對不會滿足,為散熱、靜音、超頻、自己看了爽、別人羨慕的眼光等種種因素,他們都會換上比較好的風扇。圖中的只是小Case,比這個更大更暴力的比比皆是。


CPU的功能

再回頭來聊CPU到底做什麼,簡單的說,就是「什麼都做」。你在Windows下做的一切動作,用瀏覽器看Mobile01、聽MP3、播影片、寫信、打電動....,所有執行的軟體都會拆成一條條的「執行緒」(Thread),執行緒的概念不難理解,它就是程式在跑的工作。比如用iTunes聽音樂好了,可能就會拆成兩個工作,一個負責iTunes那美美的操作介面,另一個負責和音效卡溝通放出聲音,當然這是簡化的,一個程式可能會有十條以上的執行緒,而執行緒會再拆成更細的指令,也就是最前面提到的x86指令,交給CPU執行。

由於軟體最終都會拆成指令來執行,所以就算CPU廠牌不同,只要都支援相同的x86指令,軟體就能直接執行,AMD、Intel或甚至威盛的CPU,執行起來只有快慢的差別,結果都是一樣的。而像Apple之前的電腦是用IBM PowerPC,這是另一種指令集的CPU,在轉換到Intel時,Apple就得弄Universal Binary和Rosetta技術,讓舊程式可以在新的CPU上跑(模擬的方式),或是讓重新開發軟體同時支援兩種指令,這麻煩的轉換陣痛期可能要拖個幾年。


多工執行

「多工」(Multi-task)是CPU另一個很重要的概念,其實單核心CPU一次只能執行「一條」執行緒,沒錯!就是一條,現在流行的雙核心CPU也只增加到兩條。可是一個軟體可能就產生不只十條執行緒,為什麼我們在Windows下可以同時跑好幾個軟體?這是因為CPU每次執行的速度都飛快,運算的時間以「奈秒」(1/1000000000秒)為單位,算完一條就立刻切到另一條,高速切換下,我們就會覺得所有程式好像同時在執行一樣。所以,CPU越快,每個工作的執行速度就越快,整體感覺就是電腦變快了!

我們可以用Windows內建的工具來看CPU的執行狀況,做進一步的了解。



在Windows底下的工具列空白處按右鍵,選「工作管理員」,或是按熱鍵「CTRL+SHIFT+ESC」叫出來。



「應用程式」的部分是指你在Windows下執行的軟體。



「處理程序」則是指Windows跑的所有程式,這包括你執行的軟體和Windows所需的背景程式和服務(比如網路、輸入法等等)。



「效能」有很多重要的資訊,CPU使用率是顯示目前CPU的負載狀況。底下「總計」裡有個「執行緒」就是目前Windows正在跑的執行緒數量,雖然程序只有64個,但執行緒卻有600多個,單核心CPU一次只能跑一條執行緒,就算得跑600多個,高速切換下也不會覺得有延遲。


結語
看完這篇相信大家對CPU都有點基本概念了,其實不止電腦的CPU,所有CPU的用途都是一樣的,包括手機或PDA的CPU,都是掌控一切的核心,或許執行的指令不一樣,或許運作的速度沒有這麼快,但殊途同歸。接下來,文章的難度會略為提升,文字的量也會變多,因為要開始講解CPU的各種規格了。