[小惡魔的電腦教室] 1-1.認識CPU

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。