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CPU和主板技术用语详解首先是CPU篇
一、适用类型CPU适用类型是指该处理器所适用的应用类型,针对不同用户的不同需求、不同应用范围,CPU被设计成各不相同的类型,即分为嵌入式和通用式、微控制式嵌入式CPU主要用于运行面向特定领域的专用程序,配备轻量级操作系统,其应用极其广泛,像移动电话、DVD、机顶盒等都是使用嵌入式CPU微控制式CPU主要用于汽车空调、自动机械等自控设备领域而通用式CPU追求高性能,主要用于高性能个人计算机系统即PC台式机、服务器工作站以及笔记本三种台式机的CPU,就是平常大部分场合所提到的应用于PC的CPU,平常所说Intel的奔腾
4、赛扬、AMD的AthlonXP等等都属于此类CPU应用于服务器和工作站上的CPU,因其针对的应用范围,所以此类CPU在稳定性、处理速度、同时处理任务的数量等方面的要求都要高于单机CPU其中服务器工作站CPU的高可靠性是普通CPU所无法比拟的,因为大多数的服务器都要满足每天24小时、每周7天的满符合工作要求由于服务器工作站数据处理量很大,需要采用多CPU并行处理结构,即一台服务器中安装
2、
4、8等多个CPU,需要注意的是,并行结构需要的CPU必须为偶数个对于服务器而言,多处理器可用于数据库处理等高负荷高速度应用;而对于工作站,多处理器系统则可以用于三维图形制作和动画文件编码等单处理器无法实现的高处理速度应用另外许多CPU的新技术都是率先开发应用于服务器工作站CPU中在最早期的CPU设计中并没有单独的笔记本CPU,均采用与台式机的CPU,后来随着笔记本电脑的散热和体积成为发展的瓶颈时,才逐渐生产出笔记本专用CPU受笔记本内部空间、散热和电池容量的限制,笔记本CPU在外观尺寸、功耗耗电量方面都有很高的要求笔记本电池性能是十分重要的性能,CPU的功耗大小对电池使用时间有着最直接的影响,所以为了降低功耗笔记本处理器中都包含有一些节能技术在无线网络将要获得更多应用的现在,笔记本CPU还增加了一些定制的针对无线通信的功能服务器CPU和笔记本CPU都包含有各自独特的专有技术,都是为了更好的在各自的工作条件下发挥出更好的性能比如服务器的多CPU并行处理,以及多核多线程技术;笔记本CPU的SpeedStep可自动调整工作频率及电压节能技术封装方式三者也有不同之处,笔记本CPU是三者中最小最薄的一种,因为笔记本处理器的体积需要更小,耐高温的性能要更佳,因此在制造工艺上要求也就更高三者在稳定性中以服务器CPU最强,因为其设计时就要求有极低的错误率,部分产品甚至要求全年满负荷工作,故障时间不能超过5分钟台式机CPU工作电压和功耗都高于笔记本CPU,通常台式机CPU的测试温度上限为75摄氏度,超过75摄氏度,工作就会不稳定,甚至出现问题;;而笔记本CPU的测试温度上限为100摄氏度;服务器CPU需要长时间的稳定工作,在散热方面的要求就更高了在选购整机尤其是有特定功能的计算机如笔记本、服务器等时,需要注意CPU的适用类型,选用不适合的CPU类型,一方面会影响整机的系统性能,另一方面会加大计算机的维护成本单独选购CPU时候也要注意CPU的适用类型,建议按照具体应用的需求来购买CPU
二、系列型号CPU厂商会给属于同一系列的CPU产品定一个系列型号,而系列型号则是用于区分CPU性能的重要标示英特尔公司的主要CPU系列型号有Pentium、Pentium Pro、Pentium II、Pentium III、Pentium
4、Pentium4EE、Pentium-m、Celeron、Celeron II、Celeron III、Celeron IV、Celeron D、Xeon等等而AMD公司则有K
5、K
6、K6-
2、Duron、Athlon XP、Sempron、Athlon
64、Opteron等等
三、接口类型我们知道,CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作CPU经过这么多年的发展,采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等而目前CPU的接口都是针脚式接口,对应到主板上就有相应的插槽类型CPU接口类型不同,在插孔数、体积、形状都有变化,所以不能互相接插Socket775Socket775又称为Socket T,是目前应用于Intel LGA775封装的CPU所对应的接口,目前采用此种接口的有LGA775封装的Pentium
4、Pentium4EE、Celeron D等CPU与以前的Socket478接口CPU不同,Socket775接口CPU的底部没有传统的针脚,而代之以775个触点,即并非针脚式而是触点式,通过与对应的Socket775插槽内的775根触针接触来传输信号Socket775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率,同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本随着Socket478的逐渐淡出,Socket775将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口Socket754Socket754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的CPU接口,目前采用此接口的有低端的Athlon64和高端的Sempron,具有754根CPU针脚随着Socket939的普及,Socket754最终也会逐渐淡出Socket939Socket939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平台接口标准,目前采用此接口的有高端的Athlon64以及Athlon64FX,具有939根CPU针脚Socket939处理器和与过去的Socket940插槽是不能混插的,但是,Socket939仍然使用了相同的CPU风扇系统模式,因此以前用于Socket940和Socket754的风扇同样可以使用在Socket939处理器Socket940Socket940是最早发布的AMD64位接口标准,具有940根CPU针脚,目前采用此接口的有服务器/工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon64FX随着新出的Athlon64FX改用Socket939接口,所以Socket940将会成为Opteron的专用接口Socket603Socket603的用途比较专业,应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台,采用此接口的CPU是Xeon MP和早期的Xeon,具有603根CPU针脚Socket603接口的CPU可以兼容于Socket604插槽Socket604与Socket603相仿,Socket604仍然是应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台,采用此接口的CPU是533MHz和800MHz FSB的XeonSocket604接口的CPU不能兼容于Socket603插槽Socket478Socket478接口是目前Pentium4系列处理器所采用的接口类型,针脚数为478针Socket478的Pentium4处理器面积很小,其针脚排列极为紧密英特尔公司的Pentium4系列和P4赛扬系列都采用此接口Socket ASocket A接口,也叫Socket462,是目前AMD公司Athlon XP和Duron处理器的插座接口Socket A接口具有462插空,可以支持133MHz外频Socket423Socket423插槽是最初Pentium4处理器的标准接口,Socket423的外形和前几种Socket类的插槽类似,对应的CPU针脚数为423Socket423插槽多是基于Intel850芯片组主板,支持
1.3GHz~
1.8GHz的Pentium4处理器不过随着DDR内存的流行,英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i845芯片组,CPU插槽也改成了Socket478,Socket423接口也就销声匿迹了Socket370Socket370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构,外观上与Socket7非常像,也采用零插拔力插槽,对应的CPU是370针脚英特尔公司著名的铜矿和图拉丁系列CPU就是采用此接口SLOT1SLOT1是英特尔公司为取代Socket7而开发的CPU接口,并申请的专利这样其它厂商就无法生产SLOT1接口的产品SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子,而是变成了扁平的长方体,而且接口也变成了金手指,不再是插针形式SLOT1是英特尔公司为PentiumⅡ系列CPU设计的插槽,其将PentiumⅡCPU及其相关控制电路、二级缓存都做在一块子卡上,多数Slot1主板使用100MHz外频SLOT1的技术结构比较先进,能提供更大的内部传输带宽和CPU性能此种接口已经被淘汰,市面上已无此类接口的产品SLOT2SLOT2用途比较专业,都采用于高端服务器及图形工作站的系统所用的CPU也是很昂贵的Xeon至强系列Slot2与Slot1相比,有许多不同首先,Slot2插槽更长,CPU本身也都要大一些其次,Slot2能够胜任更高要求的多用途计算处理,这是进入高端企业计算市场的关键所在在当时标准服务器设计中,一般厂商只能同时在系统中采用两个PentiumⅡ处理器,而有了Slot2设计后,可以在一台服务器中同时采用8个处理器而且采用Slot2接口的PentiumⅡCPU都采用了当时最先进的
0.25微米制造工艺支持SLOT2接口的主板芯片组有440GX和450NXSLOT ASLOT A接口类似于英特尔公司的SLOT1接口,供AMD公司的K7Athlon使用的在技术和性能上,SLOTA主板可完全兼容原有的各种外设扩展卡设备它使用的并不是Intel的P6GTL+总线协议,而是Digital公司的Alpha总线协议EV6EV6架构是种较先进的架构,它采用多线程处理的点到点拓扑结构,支持200MHz的总线频率
四、针脚数目前CPU都采用针脚式接口与主板相连,而不同的接口的CPU在针脚数上各不相同CPU接口类型的命名,习惯用针脚数来表示,比如目前Pentium4系列处理器所采用的Socket478接口,其针脚数就为478针;而Athlon XP系列处理器所采用的Socket462接口,其针脚数就为462针接口类型针脚数SOCKET775775SOCKET939939SOCKET940940SOCKET754754SOCKET A462462SOCKET478478SOCKET604604SOCKET603603SOCKET423423SOCKET370370
五、主频在电子技术中,脉冲信号是一个按一定电压幅度,一定时间间隔连续发出的脉冲信号脉冲信号之间的时间间隔称为周期;而将在单位时间如1秒内所产生的脉冲个数称为频率频率是描述周期性循环信号包括脉冲信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称;频率的标准计量单位是Hz赫电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器频率在数学表达式中用f表示,其相应的单位有Hz赫、kHz千赫、MHz兆赫、GHz吉赫其中1GHz=1000MHz,1MHz=1000kHz,1kHz=1000Hz计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是s秒、ms毫秒、μs微秒、ns纳秒,其中1s=1000ms,1ms=1000μs,1μs=1000nsCPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率CPU ClockSpeed通常所说的某某CPU是多少兆赫的,而这个多少兆赫就是CPU的主频很多人认为CPU的主频就是其运行速度,其实不然CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,与CPU实际的运算能力并没有直接关系主频和实际的运算速度存在一定的关系,但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系,因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标缓存、指令集,CPU的位数等等由于主频并不直接代表运算速度,所以在一定情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能已较低的主频,达到英特尔公司的Pentium4系列CPU较高主频的CPU性能,所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式来命名因此主频仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能CPU的主频不代表CPU的速度,但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的举个例子来说,假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令,那么当CPU运行在100MHz主频时,将比它运行在50MHz主频时速度快一倍因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半,也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半,自然运算速度也就快了一倍只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度,还与其它各分系统的运行情况有关,只有在提高主频的同时,各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后,电脑整体的运行速度才能真正得到提高提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制由于CPU是在半导体硅片上制造的,在硅片上的元件之间需要导线进行联接,由于在高频状态下要求导线越细越短越好,这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确因此制造工艺的限制,是CPU主频发展的最大障碍之
一六、封装技术所谓封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术以CPU为例,我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌,而是CPU内核等元件经过封装后的产品封装对于芯片来说是必须的,也是至关重要的因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB印制电路板的设计和制造,因此它是至关重要的封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接因此,对于很多集成电路产品而言,封装技术都是非常关键的一环目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来,能起着密封和提高芯片电热性能的作用由于现在处理器芯片的内频越来越高,功能越来越强,引脚数越来越多,封装的外形也不断在改变封装时主要考虑的因素芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近11引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能基于散热的要求,封装越薄越好作为计算机的重要组成部分,CPU的性能直接影响计算机的整体性能而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术,采用不同封装技术的CPU,在性能上存在较大差距只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品CPU芯片的封装技术DIP技术QFP技术PFP技术PGA技术BGA技术目前较为常见的封装形式OPGA封装mPGA封装CPGA封装FC-PGA封装FC-PGA2封装OOI封装PPGA封装S.E.C.C.封装S.E.C.C.2封装S.E.P.封装PLGA封装CuPGA封装
七、核心类型核心Die又称为内核,是CPU最重要的组成部分CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的,CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行各种CPU核心都具有固定的逻辑结构,一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局为了便于CPU设计、生产、销售的管理,CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号,这也就是所谓的CPU核心类型不同的CPU不同系列或同一系列都会有不同的核心类型例如Pentium4的Northwood,Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等,甚至同一种核心都会有不同版本的类型例如Northwood核心就分为B0和C1等版本,核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误,并提升一定的性能,而这些变化普通消费者是很少去注意的每一种核心类型都有其相应的制造工艺例如
0.25um、
0.18um、
0.13um以及
0.09um等、核心面积这是决定CPU成本的关键因素,成本与核心面积基本上成正比、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素、功耗和发热量的大小、封装方式例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等、接口类型例如Socket370,Socket A,Socket478,Socket T,Slot
1、Socket940等等、前端总线频率FSB等等因此,核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能一般说来,新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能例如同频的Northwood核心Pentium
41.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium
41.8GHz性能要高,但这也不是绝对的,这种情况一般发生在新核心类型刚推出时,由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因,可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能例如,早期Willamette核心Socket423接口的Pentium4的实际性能不如Socket370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬,现在的低频Prescott核心Pentium4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium4等等,但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善,新核心的中后期产品的性能必然会超越老核心产品CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能例如集成内存控制器等等以及双核心和多核心也就是1个CPU内部有2个或更多个核心等CPU核心的进步对普通消费者而言,最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU在CPU漫长的历史中伴随着纷繁复杂的CPU核心类型,以下分别就Intel CPU和AMD CPU的主流核心类型作一个简介主流核心类型介绍仅限于台式机CPU,不包括笔记本CPU和服务器/工作站CPU,而且不包括比较老的核心类型INTEL核心Tualatin这也就是大名鼎鼎的图拉丁核心,是Intel在Socket370架构上的最后一种CPU核心,采用
0.13um制造工艺,封装方式采用FC-PGA2和PPGA,核心电压也降低到了
1.5V左右,主频范围从1GHz到
1.4GHz,外频分别为100MHz赛扬和133MHzPentium III,二级缓存分别为512KBPentium III-S和256KBPentium III和赛扬,这是最强的Socket370核心,其性能甚至超过了早期低频的Pentium4系列CPUWillamette这是早期的Pentium4和P4赛扬采用的核心,最初采用Socket423接口,后来改用Socket478接口赛扬只有
1.7GHz和
1.8GHz两种,都是Socket478接口,采用
0.18um制造工艺,前端总线频率为400MHz,主频范围从
1.3GHz到
2.0GHzSocket423和
1.6GHz到
2.0GHzSocket478,二级缓存分别为256KBPentium4和128KB赛扬,注意,另外还有些型号的Socket423接口的Pentium4居然没有二级缓存!核心电压
1.75V左右,封装方式采用Socket423的PPGA INT2,PPGA INT3,OOI423-pin,PPGA FC-PGA2和Socket478的PPGA FC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等Willamette核心制造工艺落后,发热量大,性能低下,已经被淘汰掉,而被Northwood核心所取代Northwood这是目前主流的Pentium4和赛扬所采用的核心,其与Willamette核心最大的改进是采用了
0.13um制造工艺,并都采用Socket478接口,核心电压
1.5V左右,二级缓存分别为128KB赛扬和512KBPentium4,前端总线频率分别为400/533/800MHz赛扬都只有400MHz,主频范围分别为
2.0GHz到
2.8GHz赛扬,
1.6GHz到
2.6GHz400MHz FSBPentium4,
2.26GHz到
3.06GHz533MHz FSBPentium4和
2.4GHz到
3.4GHz800MHz FSBPentium4,并且
3.06GHz Pentium4和所有的800MHz Pentium4都支持超线程技术Hyper-Threading Technology,封装方式采用PPGA FC-PGA2和PPGA按照Intel的规划,Northwood核心会很快被Prescott核心所取代Prescott这是Intel新的CPU核心,最早使用在Pentium4上,现在低端的赛扬D也大量使用此核心,其与Northwood最大的区别是采用了
0.09um制造工艺和更多的流水线结构,初期采用Socket478接口,以后会全部转到LGA775接口,核心电压
1.25-
1.525V,前端总线频率为533MHz不支持超线程技术和800MHz支持超线程技术,主频分别为533MHz FSB的
2.4GHz和
2.8GHz以及800MHz FSB的
2.8GHz、
3.0GHz、
3.2GHz和
3.4GHz,其与Northwood相比,其L1数据缓存从8KB增加到16KB,而L2缓存则从512KB增加到1MB,封装方式采用PPGA按照Intel的规划,Prescott核心会很快取代Northwood核心并且很快就会推出Prescott核心533MHz FSB的赛扬Prescott2M Prescott2M是Intel在台式机上使用的核心,与Prescott不同,Prescott2M支持EM64T技术,也就说可以使用超过4G内存,属于64位CPU,这是Intel第一款使用64位技术的台式机CPU Prescott2M核心使用90nm制造工艺,集成2M二级缓存,800或者1066MHz前端总线目前来说P4的6系列和P4EE CPU使用Prescott2M核心Prescott2M本身的性能并不是特别出众,不过由于集成了大容量二级缓存和使用较高的频率,性能仍然有提升此外Prescott2M核心支持增强型IntelSpeedStep技术EIST,这技术完全与英特尔的移动处理器中节能机制一样,它可以让Pentium46系列处理器在低负载的时候降低工作频率,这样可以明显降低它们在运行时的工作热量及功耗AMD CPU核心Athlon XP的核心类型Athlon XP有4种不同的核心类型,但都有共同之处都采用Socket A接口而且都采用PR标称值标注Palomino这是最早的Athlon XP的核心,采用
0.18um制造工艺,核心电压为
1.75V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHzThoroughbred这是第一种采用
0.13um制造工艺的Athlon XP核心,又分为Thoroughbred-A和Thoroughbred-B两种版本,核心电压
1.65V-
1.75V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz和333MHzThorton采用
0.13um制造工艺,核心电压
1.65V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为333MHz可以看作是屏蔽了一半二级缓存的BartonBarton采用
0.13um制造工艺,核心电压
1.65V左右,二级缓存为512KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为333MHz和400MHz新Duron的核心类型AppleBred采用
0.13um制造工艺,核心电压
1.5V左右,二级缓存为64KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz没有采用PR标称值标注而以实际频率标注,有
1.4GHz、
1.6GHz和
1.8GHz三种Athlon64系列CPU的核心类型Sledgehammer Sledgehammer是AMD服务器CPU的核心,是64位CPU,一般为940接口,
0.13微米工艺Sledgehammer功能强大,集成三条HyperTransprot总线,核心使用12级流水线,128K一级缓存、集成1M二级缓存,可以用于单路到8路CPU服务器Sledgehammer集成内存控制器,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时,支持双通道DDR内存,由于是服务器CPU,当然支持ECC校验Clawhammer采用
0.13um制造工艺,核心电压
1.5V左右,二级缓存为1MB,封装方式采用mPGA,采用Hyper Transport总线,内置1个128bit的内存控制器采用Socket
754、Socket940和Socket939接口Newcastle其与Clawhammer的最主要区别就是二级缓存降为512KB这也是AMD为了市场需要和加快推广64位CPU而采取的相对低价政策的结果,其它性能基本相同Wincheste Wincheste是比较新的AMD Athlon64CPU核心,是64位CPU,一般为939接口,
0.09微米制造工艺这种核心使用200MHz外频,支持1GHyperTransprot总线,512K二级缓存,性价比较好Wincheste集成双通道内存控制器,支持双通道DDR内存,由于使用新的工艺,Wincheste的发热量比旧的Athlon小,性能也有所提升闪龙系列CPU的核心类型Paris Paris核心是Barton核心的继任者,主要用于AMD的闪龙,早期的754接口闪龙部分使用Paris核心Paris采用90nm制造工艺,支持iSSE2指令集,一般为256K二级缓存,200MHz外频Paris核心是32位CPU,来源于K8核心,因此也具备了内存控制单元CPU内建内存控制器的主要优点在于内存控制器可以以CPU频率运行,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时使用Paris核心的闪龙与Socket A接口闪龙CPU相比,性能得到明显提升Palermo Palermo核心目前主要用于AMD的闪龙CPU,使用Socket754接口、90nm制造工艺,
1.4V左右电压,200MHz外频,128K或者256K二级缓存Palermo核心源于K8的Wincheste核心,不过是32位的除了拥有与AMD高端处理器相同的内部架构,还具备了EVP、CoolnQuiet;和HyperTransport等AMD独有的技术,为广大用户带来更冷静、更高计算能力的优秀处理器由于脱胎与ATHLON64处理器,所以Palermo同样具备了内存控制单元CPU内建内存控制器的主要优点在于内存控制器可以以CPU频率运行,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时
八、64位技术这里的64位技术是相对于32位而言的,这个位数指的是CPU GPRsGeneral-Purpose Registers,通用寄存器的数据宽度为64位,64位指令集就是运行64位数据的指令,也就是说处理器一次可以运行64bit数据64bit处理器并非现在才有的,在高端的RISCReduced InstructionSet Computing,精简指令集计算机很早就有64bit处理器了,比如SUN公司的UltraSparcⅢ、IBM公司的POWER
5、HP公司的Alpha等64bit计算主要有两大优点可以进行更大范围的整数运算;可以支持更大的内存不能因为数字上的变化,而简单的认为64bit处理器的性能是32bit处理器性能的两倍实际上在32bit应用下,32bit处理器的性能甚至会更强,即使是64bit处理器,目前情况下也是在32bit应用下性能更强所以要认清64bit处理器的优势,但不可迷信64bit目前主流CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术、和Intel公司的IA-64技术其中IA-64是Intel独立开发,不兼容现在的传统的32位计算机,仅用于Itanium安腾以及后续产品Itanium2,一般用户不会涉及到,因此这里仅对AMD64位技术和Intel的EM64T技术做一下简单介绍AMD64位技术AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集,使这款芯片在硬件上兼容原来的32位X86软件,并同时支持X86-64的扩展64位计算,使得这款芯片成为真正的64位X86芯片这是一个真正的64位的标准,X86-64具有64位的寻址能力X86-64新增的几组CPU寄存器将提供更快的执行效率寄存器是CPU内部用来创建和储存CPU运算结果和其它运算结果的地方标准的32-bit x86架构包括8个通用寄存器GPR,AMD在X86-64中又增加了8组R8-R9,将寄存器的数目提高到了16组X86-64寄存器默认位64-bit还增加了8组128-bit XMM寄存器也叫SSE寄存器,XMM8-XMM15,将能给单指令多数据流技术SIMD运算提供更多的空间,这些128位的寄存器将提供在矢量和标量计算模式下进行128位双精度处理,为3D建模、矢量分析和虚拟现实的实现提供了硬件基础通过提供了更多的寄存器,按照X86-64标准生产的CPU可以更有效的处理数据,可以在一个时钟周期中传输更多的信息EM64T技术Intel官方是给EM64T这样定义的EM64T全称Extended Memory64Technology,即扩展64bit内存技术EM64T是Intel IA-32架构的扩展,即IA-32eIntel Architectur-32extensionIA-32处理器通过附加EM64T技术,便可在兼容IA-32软件的情况下,允许软件利用更多的内存地址空间,并且允许软件进行32bit线性地址写入EM64T特别强调的是对32bit和64bit的兼容性Intel为新核心增加了8个64bit GPRsR8-R15,并且把原有GRPs全部扩展为64bit,如前文所述这样可以提高整数运算能力增加8个128bit SSE寄存器XMM8-XMM15,是为了增强多媒体性能,包括对SSE、SSE2和SSE3的支持Intel为支持EM64T技术的处理器设计了两大模式传统IA-32模式legacy IA-32mode和IA-32e扩展模式IA-32e mode在支持EM64T技术的处理器内有一个称之为扩展功能激活寄存器extended featureenable register,IA32_EFER的部件,其中的Bit10控制着EM64T是否激活Bit10被称作IA-32e模式有效IA-32e modeactive或长模式有效long modeactive,LMA当LMA=0时,处理器便作为一颗标准的32bitIA32处理器运行在传统IA-32模式;当LMA=1时,EM64T便被激活,处理器会运行在IA-32e扩展模式下目前AMD方面支持64位技术的CPU有Athlon64系列、Athlon FX系列和Opteron系列Intel方面支持64位技术的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott2M核心的Pentium46系列和使用Prescott2M核心的P4EE系列
九、前端总线总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线通俗的说,就是多个部件间的公共连线,用于在各个部件之间传输信息人们常常以MHz表示的速度来描述总线频率总线的种类很多,前端总线的英文名字是Front SideBus,通常用FSB表示,是将CPU连接到北桥芯片的总线计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件,并和南桥芯片连接CPU就是通过前端总线FSB连接到北桥芯片,进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道,因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大,如果没足够快的前端总线,再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率,即数据带宽=总线频率×数据位宽÷8目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz几种,前端总线频率越大,代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大,更能充分发挥出CPU的功能现在的CPU技术发展很快,运算速度提高很快,而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给给CPU,较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU,这样就限制了CPU性能得发挥,成为系统瓶颈外频与前端总线频率的区别前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PIC及其他总线的频率之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里主要是在Pentium4出现之前和刚出现Pentium4时,前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDRQuad DateRate技术,或者其他类似的技术实现这个目的这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来此外,在前端总线中比较特殊的是AMD64的HyperTransport目前各种CPU的前端总线频率FSB Intel平台Willamette核心CPU所有Willamette核心CPU的FSB都是400MHz FSBNorthwood核心CPU相对于Willamette核心CPU,Northwood核心CPU的前端总线频率则非常复杂,400MHz、533MHz和800MHz都有其中,Celeron全部都是400MHz FSB;Pentium4方面,
1.6GHz-
2.8GHz都有400MHz FSB的产品,例如
1.8A、
2.0A等等,Pentium4型号后面带有B字样的则是533MHz FSB,带有C字样的则是800MHz FSBPrescott核心CPU Prescott核心的Celeron D,无论是Socket478接口还是Socket775接口,全部都是533MHz FSBSocket478接口的Pentium4方面,
2.4A和
2.8A是533MHz FSB,其余的Socket478Pentium4都是800MHz FSB,在产品型号后面带有E字样Socket775接口的Pentium45XX系列方面,编号尾数为5的是533MHz FSB,例如Pentium4505/515;编号尾数为0的是800MHz FSB,例如Pentium4520/530/540等等即将推出的Pentium46XX系列CPU则都是800MHz FSBPentium4至尊版即Pentium4EE,又称Pentium4XE所有Socket478接口的Pentium4EE都是800MHz FSB而Socket775接口的Pentium4EE,
3.4GHz是800MHz FSB,而
3.46GHz则是1066MHz FSB,这是目前PC上最高的前端总线频率,而且今后推出的所有Pentium4EE都会采用1066MHz FSBXeon和Xeon MP所有Xeon MP都是400MHz FSB;Socket603接口的Xeon也是400MHz FSB;Socket604接口的Xeon中,支持Intel64位计算技术EM64T的Xeon是800MHz FSB,而不支持EM64T的Xeon则是533MHz FSBAMD平台Socket A平台SocketA接口的Sempron是333MHz FSB,Socket754接口的Sempron部分是333MHz FSB,使用
0.09微米工艺的Sempron是800MHz FSB;Athlon XP方面,Palomino核心为266MHz FSB,Thoroughbred核心为266MHz和333MHz FSB,Barton核心为333MHz和400MHz FSB,而Thorton核心则为333MHz FSBAMD64平台Socket754接口CPU的HyperTransport频率是800MHz;Socket939接口CPU的HyperTransport频率是1000MHz;而Socket940接口CPU的HyperTransport频率也是800MHz
十、外频外频是CPU乃至整个计算机系统的基准频率,单位是MHz兆赫兹在早期的电脑中,内存与主板之间的同步运行的速度等于外频,在这种方式下,可以理解为CPU外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态对于目前的计算机系统来说,两者完全可以不相同,但是外频的意义仍然存在,计算机系统中大多数的频率都是在外频的基础上,乘以一定的倍数来实现,这个倍数可以是大于1的,也可以是小于1的说到处理器外频,就要提到与之密切相关的两个概念倍频与主频,主频就是CPU的时钟频率;倍频即主频与外频之比的倍数主频、外频、倍频,其关系式主频=外频×倍频在486之前,CPU的主频还处于一个较低的阶段,CPU的主频一般都等于外频而在486出现以后,由于CPU工作频率不断提高,而PC机的一些其他设备如插卡、硬盘等却受到工艺的限制,不能承受更高的频率,因此限制了CPU频率的进一步提高因此出现了倍频技术,该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数,从而通过提升倍频而达到提升主频的目的倍频技术就是使外部设备可以工作在一个较低外频上,而CPU主频是外频的倍数在Pentium时代,CPU的外频一般是60/66MHz,从PentiumⅡ350开始,CPU外频提高到100MHz,目前CPU外频已经达到了200MHz由于正常情况下外频和内存总线频率相同,所以当CPU外频提高后,与内存之间的交换速度也相应得到了提高,对提高电脑整体运行速度影响较大外频与前端总线FSB频率很容易被混为一谈前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PIC及其他总线的频率之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里主要是在Pentium4出现之前和刚出现Pentium4时,前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDRQuad DateRate技术,或者其他类似的技术实现这个目的这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来
十一、倍频CPU的倍频,全称是倍频系数CPU的核心工作频率与外频之间存在着一个比值关系,这个比值就是倍频系数,简称倍频理论上倍频是从
1.5一直到无限的,但需要注意的是,倍频是以
0.5为一个间隔单位外频与倍频相乘就是主频,所以其中任何一项提高都可以使CPU的主频上升原先并没有倍频概念,CPU的主频和系统总线的速度是一样的,但CPU的速度越来越快,倍频技术也就应允而生它可使系统总线工作在相对较低的频率上,而CPU速度可以通过倍频来无限提升那么CPU主频的计算方式变为主频=外频x倍频也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数,当外频不变时,提高倍频,CPU主频也就越高
十二、制作工艺通常我们所说的CPU的制作工艺指得是在生产CPU过程中,要进行加工各种电路和电子元件,制造导线连接各个元器件通常其生产的精度以微米长度单位,1微米等于千分之一毫米来表示,未来有向纳米1纳米等于千分之一微米发展的趋势,精度越高,生产工艺越先进在同样的材料中可以制造更多的电子元件,连接线也越细,提高CPU的集成度,CPU的功耗也越小制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展,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、功能更复杂的电路设计微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进,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,器件性能得到提高芯片制造工艺在1995年以后,从
0.5微米、
0.35微米、
0.25微米、
0.18微米、
0.15微米、
0.13微米,而
0.09微米的制造工艺将是下一代CPU的发展目标
十三、二级缓存容量CPU缓存Cache Memoney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在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度由此可见,在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案,这样整个内存储器缓存+内存就变成了既有缓存的高速度,又有内存的大容量的存储系统了缓存对CPU的性能影响很大,主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的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,不必再调用内存正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高大多数CPU可达90%左右,也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中,只有大约10%需要从内存读取这大大节省了CPU直接读取内存的时间,也使CPU读取数据时基本无需等待总的来说,CPU读取数据的顺序是先缓存后内存最早先的CPU缓存是个整体的,而且容量很低,英特尔公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类当时集成在CPU内核中的缓存已不足以满足CPU的需求,而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量因此出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存,此时就把CPU内核集成的缓存称为一级缓存,而外部的称为二级缓存一级缓存中还分数据缓存Data Cache,D-Cache和指令缓存Instruction Cache,I-Cache二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令,而且两者可以同时被CPU访问,减少了争用Cache所造成的冲突,提高了处理器效能英特尔公司在推出Pentium4处理器时,还新增了一种一级追踪缓存,容量为12KB.随着CPU制造工艺的发展,二级缓存也能轻易的集成在CPU内核中,容量也在逐年提升现在再用集成在CPU内部与否来定义
一、二级缓存,已不确切而且随着二级缓存被集成入CPU内核中,以往二级缓存与CPU大差距分频的情况也被改变,此时其以相同于主频的速度工作,可以为CPU提供更高的传输速度二级缓存是CPU性能表现的关键之一,在CPU核心不变化的情况下,增加二级缓存容量能使性能大幅度提高而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异,由此可见二级缓存对于CPU的重要性CPU在缓存中找到有用的数据被称为命中,当缓存中没有CPU所需的数据时这时称为未命中,CPU才访问内存从理论上讲,在一颗拥有二级缓存的CPU中,读取一级缓存的命中率为80%也就是说CPU一级缓存中找到的有用数据占数据总量的80%,剩下的20%从二级缓存中读取由于不能准确预测将要执行的数据,读取二级缓存的命中率也在80%左右从二级缓存读到有用的数据占总数据的16%那么还有的数据就不得不从内存调用,但这已经是一个相当小的比例了目前的较高端的CPU中,还会带有三级缓存,它是为读取二级缓存后未命中的数据设计的种缓存,在拥有三级缓存的CPU中,只有约5%的数据需要从内存中调用,这进一步提高了CPU的效率为了保证CPU访问时有较高的命中率,缓存中的内容应该按一定的算法替换一种较常用的算法是最近最少使用算法LRU算法,它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局因此需要为每行设置一个计数器,LRU算法是把命中行的计数器清零,其他各行计数器加1当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局这是一种高效、科学的算法,其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出缓存,提高缓存的利用率CPU产品中,一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等一级缓存容量各产品之间相差不大,而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的,容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加,要在有限的CPU面积上集成更大的缓存,对制造工艺的要求也就越高
十四、核心电压CPU的工作电压Supply Voltage,即CPU正常工作所需的电压任何电器在工作的时候都需要电,自然也有对应额定电压,CPU也不例外目前CPU的工作电压有一个非常明显的下降趋势,较低的工作电压主要三个优点采用低电压的CPU的芯片总功耗降低了功耗降低,系统的运行成本就相应降低,这对于便携式和移动系统来说非常重要,使其现有的电池可以工作更长时间,从而使电池的使用寿命大大延长;功耗降低,致使发热量减少,运行温度不过高的CPU可以与系统更好的配合;降低电压是CPU主频提高的重要因素之一CPU的工作电压分为两个方面,CPU的核心电压与I/O电压核心电压即驱动CPU核心芯片的电压,I/O电压则指驱动I/O电路的电压通常CPU的核心电压小于等于I/O电压早期CPU286~486时代的核心电压与I/O一致,通常为5V,由于当时的制造工艺相对落后,以致CPU的发热量过大,导致其寿命缩短不过那时的CPU集成度很低,而目前的CPU集成度相当高,因此显得现在的CPU发热量更大随着CPU的制造工艺提高,近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势,目前台式机用CPU核电压通常为2V以内,笔记本专用CPU的工作电压相对更低,从而达到大幅减少功耗的目的,以延长电池的使用寿命,并降低了CPU发热量而且现在的CPU会通过特殊的电压IDVID引脚来指示主板中嵌入的电压调节器自动设置正确的电压级别许多面向新款CPU的主板都会提供特殊的跳线或者软件设置,通过这些跳线或软件,可以根据具体需要手动调节CPU的工作电压很多实验表明在超频的时候适度提高核心电压,可以加强CPU内部信号,对CPU性能的提升会有很大帮助但这样也会提高CPU的功耗,影响其寿命及发热量,建议一般用户不要进行此方面的操作特别声明1资料来源于互联网,版权归属原作者2资料内容属于网络意见,与本账号立场无关3如有侵权,请告知,立即删除。