Pois é, no seu caso, para um UP, seria um processador da linha E8*** e talvez a expectativa de melhora não seja tão alta.
Claro que iria melhorar o desempenho e muito junto da colocação de uma placa offboard.
O Problema é que esses processadores tem um custo relativamente alto mesmo já estando com alguns bons anos no mercado.
Como pretende apenas o upgrade de processador e video sem comprar uma mobo nova, o máximo que conseguirás chegar é em um E8400.
Se você comprar novo o E8400 mais uma placa como uma ATI 4770, iria sair em torno de 500 ~ 600. Ou 250 ~ 350 usado.
Por esse preço, valeria mais a pena a compra de um PC completo mesmo usado.
Sabendo onde e de quem comprar, não tem problema nenhum em ser peças semi novas. O meu montei através de peças usadas:
Phenom II X4 3.4 Ghz
4 GB de RAM DDR3
ATI HD 6770 1GB Vapor X
Fonte+Gabinete+gravador... ±300 mangos.
Estou com o PC montado a quase 2 anos e a única mudança feita foi a inclusão de um monitor, que, este sim comprei novo.