DIY階梯教室-cpu

1、 DIY階梯教室CPU篇（上） CPU是“Central Processing Unit”的英語縮寫，翻譯成中文就是“中央處理器”，通常簡稱為“處理器”。在某些技術(shù)類文章中，有時也稱它為“微處理器”。 -認(rèn)識Intel與AMD 由于CPU的技術(shù)含量很高，因此有能力生產(chǎn)CPU的公司并不多，目前主要有美國的Intel、AMD、Transmeta和中國臺灣的VIA等四家公司。市場上絕大多數(shù)的產(chǎn)品是前兩家生產(chǎn)的。 Intel的中文名稱是“英特爾”，其產(chǎn)品的商標(biāo)就是“Intel”，我們經(jīng)常看到的“Pentium（奔騰）”、“Celeron（賽揚(yáng)）”處理器就是該公司的產(chǎn)品（圖1）。其中“Pentium（奔

2、騰）”系列面向中高端市場，目前的主打產(chǎn)品是“Pentium 4”系列；“Celeron（賽揚(yáng)）”系列面向中低端市場，產(chǎn)品的售價相對Pentium4系列要低，目前的主打產(chǎn)品是“Celeron D”系列。 AMD的中文名稱為“超微”，但一般情況下都直接稱呼該公司為“AMD”。AMD目前面向民用臺式機(jī)的處理器主要有定位中高端市場的“Athlon（速龍）64”系列，面向中低端市場的“Sempron（閃龍）”系列（圖2）。-主流Pentium 4處理器 目前市場上的Pentium 4處理器大致分為兩類，一類采用的是Socket 478接口，另一類（包括最新的產(chǎn)品）采用LGA775接口。 -1.LGA77

3、5接口Pentium 4處理器 從外觀上來看，LGA775接口的Pentium 4處理器正面覆蓋了一個金屬蓋（圖3），體形比較小巧，背面有很多金黃色的金屬觸點(diǎn)（圖4）。 在CPU正面那金屬蓋的下面，隱藏著一塊很小的晶體片，這塊晶體片是一片指甲大小的、薄薄的硅晶片，它才是真正的“處理器”，一般稱它為CPU核心，英文稱之為“Die”。在這塊小小的硅晶片上，密布著數(shù)以千萬計的晶體管，它們相互配合，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作（圖5）。 由于CPU核心是硅晶片，因此很脆弱。為了保護(hù)它的安全，同時為了幫助核心散熱，現(xiàn)在的CPU在核心上都加裝了一個金屬蓋，此金屬蓋不僅可以避免核心受到意外損壞，同時也增加了核

4、心的散熱面積。 金屬封裝殼周圍是CPU基板，它將CPU內(nèi)部的信號引接到基板上，基板的背面有許多密密麻麻的鍍金觸點(diǎn)，它是CPU與外部電路連接的通道（圖6）。 LGA775 Pentium 4處理器最大的外觀特點(diǎn)就是底部采用了金屬觸點(diǎn)設(shè)計，取消了以往的針腳，只有一個個整齊排列的金屬圓點(diǎn)。所以安裝LGA775接口的CPU時需要一個安裝扣架進(jìn)行固定，以便CPU能準(zhǔn)確壓在主板CPU插座露出來的彈性觸針上（圖7）。 2. Socket 478接口Pentium 4處理器 除了LGA775這種新型接口的Pentium 4處理器之外，目前市場上常見的Pentium 4處理器采用的都是Socket 478接口的

5、產(chǎn)品，其外觀與LGA775的Pentium 4類似，正面也有一個金屬蓋（圖8）。 在基板的背面，Socket 478接口的Pentium 4處理器擁有鍍金的金屬引腳，而LGA775接口的Pentium 4卻沒有引腳，只有觸點(diǎn)（圖9）。 解讀Pentium 4處理器的型號 如果你購買的是盒裝Pentium 4處理器，則在包裝盒上會看到該產(chǎn)品的型號標(biāo)簽（圖10）。該標(biāo)簽上的“Intel Pentium 4 Processor 530”是什么意思呢？ 1.型號 標(biāo)簽上的“Intel Pentium 4 Processor 530”，它標(biāo)注的是該處理器的型號：其中“Intel Pentium 4 Pr

6、ocessor 530”是“型號”； “Intel Pentium 4 Processor”是產(chǎn)品的“家族”型號，說明該處理器是“Pentium”家族的“Pentium 4”處理器；最后面的“530”則是該產(chǎn)品的具體編號。 目前Intel開始對LGA775接口的處理器采用新的命名方式，改變了以往的頻率命名方式，取而代之的是使用數(shù)字編號來命名?！?XX”表示Dothan核心的Pentium M處理器（筆記本電腦用），“5XX”表示Prescott核心的Pentium 4處理器，“3”表示90nm工藝制造的Celeron D（包括Socket478和LGA775兩種接口）處理器，其中5XX系列包括

7、：Pentium 4 520（2.8GHz）、530（3.0GHz）、540（3.2GHz）、550（3.4GHz）、560（3.6GHz）、570（3.8GHz）等。 2.主頻 標(biāo)簽上的“3GHz”標(biāo)注的是該處理器的主頻。主頻就是CPU運(yùn)算時的工作頻率，單位是Hz。隨著技術(shù)的發(fā)展，CPU的主頻已由MHz發(fā)展到GHz（1GHz=1024MHz）。與主頻相關(guān)的還有“外頻”與“倍頻”這兩個參數(shù)，“外頻”是系統(tǒng)總線的工作頻率，而“倍頻”則是主頻與外頻之比的倍數(shù)，主頻外頻倍頻。 3.FSB 標(biāo)簽上的“800MHz FSB”指的是該CPU的FSB頻率是800MHz。那么什么是FSB呢？FSB的中文意思是

8、“前端總線”。它是CPU與主板北橋芯片或內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)通道，其頻率直接影響CPU訪問內(nèi)存的速度。 如果將CPU看作是一臺安裝在房間中的大型機(jī)器的話，那么“外頻”也就是單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，“倍頻”就是生產(chǎn)線的條數(shù)，“主頻”自然就是整個機(jī)器的總生產(chǎn)速度了。至于“前端總線”，就是這個房間的“大門”機(jī)器的生產(chǎn)能力再強(qiáng)，如果“大門”很窄或者物體流通速度比較慢的話，CPU就不得不處于一種“吃不飽”的狀態(tài)（圖11）。 4.L1/L2 Cache 標(biāo)簽上標(biāo)注的“1MB L2 Cache”是說該CPU的二級緩存容量為1MB。那么什么是L2（二級緩存）呢？ 隨著CPU主頻的不斷提高，它的處理速度也越來越快，而由

9、于其他設(shè)備的發(fā)展速度并沒有CPU這么快，結(jié)果CPU的處理速度雖然提高了，但是卻沒有“原料”進(jìn)行加工其他設(shè)備根本趕不上CPU的速度，沒辦法及時將需要處理的數(shù)據(jù)交給CPU。于是，高速緩存便出現(xiàn)在CPU中高速緩存是一種速度非?？斓拇鎯橘|(zhì)，當(dāng)CPU在處理數(shù)據(jù)時，高速緩存就用來存儲一些常用或即將用到的數(shù)據(jù)或指令，當(dāng)CPU需要這些數(shù)據(jù)或指令的時候直接從高速緩存中讀取，而不要再到內(nèi)存甚至硬盤中去讀取，如此一來可以大幅度提升CPU的工作效率。 為了降低成本，同時也為了提高高速緩存的利用率，如今的CPU都對緩存采取“分級設(shè)計”，也就是將高速緩存通常分成L1 Cache和L2 Cache兩個級別：L1 Cach

10、e采用與CPU相同的半導(dǎo)體工藝，與CPU同頻運(yùn)行，無須通過外部總線來交換數(shù)據(jù)，所以大大節(jié)省了存取時間。由于生產(chǎn)工藝水平和成本的限制，容量不能很大。 與L1 Cache不同，在L2 Cache中，指令和數(shù)據(jù)是存放在一起的，由于容量較大，數(shù)據(jù)與指令相互爭用的情況一般不太嚴(yán)重。L2 Cache的容量十分靈活，可由廠家自行決定，從128KB到幾MB不等. 除了在包裝盒上標(biāo)注上述關(guān)鍵信息外，在CPU金屬蓋上面也會標(biāo)注以上信息，只不過信息非常簡潔明了：“Intel Pentium 4”說明該CPU是Pentium 4處理器；“3.00GHz”是指該CPU的主頻為3GHz；“1M”是指該CPU的L2 Cac

11、he是1MB：“800”是指該CPU的FSB為800MHz（圖12）。 DIY階梯教室CPU篇（中） -賽揚(yáng)（Celeron）系列處理器是Intel占領(lǐng)中低端市場產(chǎn)品-認(rèn)識Celeron D處理器 在和AMD爭奪低端市場的戰(zhàn)斗中， 2004年6月，Intel推出了低端“悍將”Celeron D（圖1）。 1.Socket 478 接口的Celeron D 目前市場上的Celeron D處理器大多采用Socket 478接口，它是Northwood核心Celeron處理器的替代產(chǎn)品，采用了90納米制造工藝和全新的Prescott核心，內(nèi)部具有與Prescott Pentium 4相同的1.25億

12、個晶體管，但核心面積僅有112平方毫米。L1 Data Cache（一級數(shù)據(jù)緩存）由8KB增至16KB，L2 Cache（二級緩存）同樣增大了一倍，達(dá)到了256KB（圖2）。 1024KB=1MB 另外，Celeron D的前端總線頻率也由Northwood核心Celeron處理器的400MHz提升至533MHz，并且在多媒體指令集方面增加了13條SEE3指令。Celeron D的工作電壓在1.4V左右。 與Prescott核心的LGA 775 Pentium 4處理器一樣，Celeron D也采用了全新的“處理器編號”命名方式，正式名次為Celeron D 3XX。其中“Celeron D

13、320”的頻率為2.4GHz，“Celeron D 325”的頻率為2.53GHz，“Celeron D 330”的頻率為2.66GHz，“Celeron D 335”的頻率為2.8GHz，“Celeron D 340”的頻率為2.93GHz，“Celeron D 345”的頻率為3.06GHz，“Celeron D 350”的頻率為3.20GHz。 -Celeron D的步進(jìn)版本信息 從外觀來看，Celeron D和Northwood Celeron的區(qū)別很小：相同的mPGA封裝、Socket478接口以及同樣的銀色I(xiàn)HS（Integrated Heat Spreader，整合式散熱設(shè)計）和

14、綠色基板。不過，Celeron D二級緩存容量是后者的兩倍，同時它背面的電容數(shù)差不多也是后者的兩倍（圖4）。 圖4 Celeron D(左邊)背面的電容數(shù)約為Northwood Celeron的兩倍 2.LGA 775接口的Celeron D 為了加快i915/925平臺的推廣速度，爭取早日實(shí)現(xiàn)Socket 478架構(gòu)向LGA 775架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，Celeron D處理器也開始采用LGA 775接口（圖5）。 除了接口有所變化之外，LGA 775 Celeron D處理器在技術(shù)方面也與Socket 478 Celeron D有所不同采用了Prescott核心。與最初的Prescott核心相比，新

15、制程的LGA 775 Celeron D增加了Intels Execute Disable Bit（硬件防病毒功能）及Thermal Monitor 2（第二代溫控功能）。除了增加兩項新功能外，LGA 775接口的Celeron D處理器與Socket 478 Celeron D的技術(shù)規(guī)格是一樣的，都是533MHz前端總線、256KB二級緩存，最大工作電壓1.4V。 為了在編號上區(qū)分LGA 775接口與Socket 478接口的Celeron D，Intel在LGA 775接口Celeron D的編號后加了一個字母“J”（圖6）。Intel目前共發(fā)布了4款LGA 775接口的Celeron D

16、處理器，分別是 325J（2.53GHz）、330J（2.66GHz）、335J（2.8GHz）和340J（2.93GHz）。 Celeron D與Pentium 4的區(qū)別 為什么主頻、核心、接口相同的Celeron D與Pentium 4處理器之間的售價會相差那么大呢？它們之間的性能差距是如何產(chǎn)生的呢？要了解這些問題，我們可以先看一下主流Intel處理器的技術(shù)參數(shù)（見表）。1.緩存容量之間的差別 二級緩存容量的不同，歷來是Celeron與Pentium之間最大的區(qū)別之一。Prescott核心的Celeron D的二級緩存只有同核心Pentium 4的1/4。 2.前端總線之間的差別 為了進(jìn)一

17、步拉大Celeron與Pentium之間的距離，Intel在開發(fā)處理器時，往往會故意讓Celeron的前端總線頻率比同核心的Pentium低一個檔次。Prescott核心的Celeron D與Pentium 4也不例外，前者的前端總線頻率只有533MHz，后者的卻是800MHz。 3.是否支持超線程 為了進(jìn)一步提升處理器的性能，Intel把應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域的超線程技術(shù)引入到家用CPU上。目前，Celeron D處理器不支持超線程技術(shù)，而Prescott核心的Pentium 4則支持這一技術(shù)。 Celeron D型號的識別 要識別Celeron D的編號信息，除了可以利用其外包裝外（圖7），也可

18、以從處理器金屬頂蓋上獲取這些信息（圖8）。 圖8信息的第1、2行上的“INTEL CELERON D”表明該CPU是Intel公司的Celeron D處理器。 第3行上的“2.53GHz/256/533”表明這是一顆主頻為2.53GHz、二級緩存為256KB、前端總線為533MHz的處理器。在這一行中，最前面的數(shù)字是該處理器的主頻，而后面的“256”，或者“512”、“1M”等則顯示的是處理器的二級緩存信息。至于第三個數(shù)字“533”則是處理器的前端總線頻率，即533MHz。 第4行上的“SL7C5”表示處理器的S-Spec編號，從這個編號也可以查出處理器的其他指標(biāo)，CPU是否盒裝也是靠這個編號

19、來識別的。S-Spec編號后面的信息表示產(chǎn)地，如“MALAY”表示這塊CPU產(chǎn)自馬來西亞；“COSTA RICA”表示CPU產(chǎn)自哥斯達(dá)黎加；“CHINA”則表示中國制造的CPU。 第5行的“Q423A268”是產(chǎn)品的FPO序列號，這是一個全球惟一的序列號，每塊CPU的序列號都不相同。 編注：目前Intel所有處理器的型號信息基本上都是按照上述規(guī)則進(jìn)行標(biāo)注的。 DIY階梯教室CPU篇（下） 目前，AMD針對臺式機(jī)的處理器產(chǎn)品，主要有面向高端市場的Athlon 64 FX系列、面向中低端主流市場的Athlon 64系列，以及面向低端市場的Sempron系列。其中“Athlon”的中文名稱是“速龍”

20、，“Sempron”的中文名稱是“閃龍”（圖1）。 -認(rèn)識Athlon 64 FX系列處理器 為了對抗Intel的Pentium4 Extreme Edition（至尊版）處理器，AMD推出了頂級桌面處理器產(chǎn)品Athlon 64 FX系列。該系列產(chǎn)品采用Claw Hammer核心，配備了1MB二級緩存，外頻為200MHz，支持1GHz（即200MHz5）的Hyper Transport（簡稱HT）總線頻率。內(nèi)部整合了支持雙通道DDR的內(nèi)存控制器，遺憾的是，它們僅支持Registered ECC DDR內(nèi)存。Athlon 64 FX系列處理器是AMD為游戲玩家和發(fā)燒友們所定制的產(chǎn)品（圖2）。 目

21、前，Athlon 64 FX系列主要有三款產(chǎn)品：Athlon 64 FX-51、Athlon 64 FX-53和Athlon 64 FX-55。它們的主頻分別為2.2GHz、2.4GHz和2.6GHz。這三款產(chǎn)品的最新版本均采用Socket 939接口。 -認(rèn)識Athlon 64系列處理器 Athlon 64系列是AMD針對家用臺式電腦所推出的64位處理器產(chǎn)品，其對手就是Intel的Pentium4系列處理器。 1.Socket 754接口的Athlon 64 AMD最初發(fā)布的Athlon 64處理器采用的都是Socket 754接口（圖3），采用Claw Hammer核心，內(nèi)置了512KB或

22、1MB二級緩存。從外觀上來看，其核心也加裝了金屬頂蓋，底部則有很多金屬針腳（圖4）。 目前市場上采用Socket 754接口的Athlon 64，主要有Athlon 64 2800+、Athlon 64 3000+、Athlon 64 3200+、Athlon 64 3400+、Athlon 64 3700+等幾款產(chǎn)品。 2.Socket 939接口的Athlon 64 由于采用不同接口的產(chǎn)品策略在很大程度上影響了Athlon 64處理器銷量，因此AMD開始陸續(xù)將Athlon 64系列處理器統(tǒng)一為Socket 939接口（圖5）。Socket 939接口Athlon 64同樣采用了金屬頂蓋，不

23、過底部的金屬引腳比Socket 754接口的產(chǎn)品多了很多，非常密集（圖6）。 相比Socket 754接口的Athlon 64，Socket 939接口產(chǎn)品的改進(jìn)主要有兩點(diǎn)：一是集成了128bit的雙通道內(nèi)存控制器，以取代以前的單通道64bit內(nèi)存控制器。二是HT總線頻率都提升到1GHz。而與Athlon 64 FX系列處理器相比，Socket 939接口的Athlon 64可以支持普通的非校驗(yàn)內(nèi)存條，這是一個很大的優(yōu)勢。 目前市場上采用Socket 939接口的Athlon 64主要有兩個版本，它們分別采用0.13微米制造工藝的NewCastle核心和90納米制造工藝的Winchester核

24、心，而采用這兩個核心的Athlon 64處理器除了制造工藝不同外，并無太大的差別?，F(xiàn)在Socket 939接口的Athlon 64主要有Athlon 64 3000+、Athlon 64 3200+、Athlon 64 3500+、Athlon 64 3800+、Athlon 64 4000+（采用Claw Hammer核心）等產(chǎn)品。 3.解讀Athlon 64處理器的編號 我們知道，Intel的處理器都會在金屬頂蓋上印上一些編號信息。同樣，Athlon 64處理器表面也有編號，通過閱讀這些編號，就可以快速了解該處理器的相關(guān)信息。下面我們以Athlon 64 3200+為例，來詳細(xì)解讀Athl

25、on 64處理器的編號（圖7）： 在圖7所示的型號信息中，第一行的“AMD Athlon 64”字樣表示該CPU的類型，說明該CPU是Athlon 64系列處理器； 第二行的“ADA3200AEP5AP”是最關(guān)鍵的信息，其中“ADA”表示該CPU是AMD Athlon 64 Desktop系列，所有Athlon 64處理器都采用該編號；“3200”是CPU的型號，也就是PR值信息。假如是“4000”則說明是AMD Athlon 64 4000+處理器；“A”這個位置的子母表示該CPU的接口類型，如果是“A”則說明是Socket 754接口，如果是“D”則說明是Socket 939接口；“E”這

26、個位置的子母表示CPU的工作電壓，E表示該CPU的工作電壓為1.50V；“P”這個位置的子母表示CPU的最高可承受的溫度，P表示是70；“5”這個位置的數(shù)字表示CPU的二級緩存容量，其中5代表1MB、4代表512KB；最后面的“AP”是保留編號，一般用來表示該CPU所采用的步進(jìn)版本。 認(rèn)識Sempron系列處理器 為了阻擊Intel Prescott核心的Celeron D處理器，AMD在2004年7月底發(fā)布了Sempron（中文名叫“閃龍”）系列處理器。Sempron橫跨Socket 462（即Socket A）、Socket 754和Socket 939三種平臺。1.Socket 462接

27、口的Sempron Socket 462接口的Sempron（圖8）的核心是Thoroughbred-B。和以前采用同一核心的Athlon XP相比，Socket 462接口的Sempron除了將外頻提高到166MHz（前端總線頻率為333MHz）外，其他諸如0.13微米制造工藝、256KB二級緩存、10級流水線設(shè)計等指標(biāo)則沒有改變。 Sempron處理器在型號命名方面，繼續(xù)沿用了AMD獨(dú)有的PR值命名方法。但相比以前的產(chǎn)品，Sempron的PR值計算更加偏向于普通應(yīng)用時的算法。因此，同PR值的Sempron實(shí)際主頻比Athlon XP的要低。比如，Sempron 2600+的實(shí)際運(yùn)行頻率是1

28、.83GHz，而同核心的Athlon XP 2600+的主頻卻是2.08GHz。 AMD共推出了六款采用Socket 462接口的Sempron，分別是Sempron 2200+、2300+、2400+、2500+、2600+、2800+，工作頻率從1.5GHz到2.0GHz。 2.解讀Socket 462接口Sempron的編號 Socket 462接口的Sempron編號比較好識別，以編號“SDA2200DUT3D”的Sempron2200+為例（圖9），其編號意思如下： “SDA”是Sempron特有的標(biāo)志；后面的“2200”是CPU的主頻PR值；頻率后面的“D”表示封裝形式（D=OPG

29、A、A=PGA、M=卡匣式、其他為TBD）；至于D后面的“U”，它表示工作電壓（S=1.5V、U=1.6V、K=1.65V、P=1.7V、M=1.75V）；“T”表示處理器可以承受的最高工作溫度（V85、T70）；“3”為L2 Cache的容量（1=64KB、2=128KB、3=256KB、4=512KB）；最后面的“D”表示FSB（A/B200MHz、C=266MHz、D=333MHz）。 3.Socket 754接口的Sempron 從Sempron 3100+開始，高頻Sempron處理器都采用Socket 754接口，支持200MHz外頻和800MHz的Hyper Transport總

30、線頻率。Socket 754接口的Sempron還集成了單通道內(nèi)存控制器、256KB二級緩存，以及“CoolnQuiet”技術(shù)。 雖然Socket 754接口的Sempron在外觀、技術(shù)指標(biāo)上與Socket 754接口的Athlon 64很相似，但它并不是一款64位處理器（圖10）。 Socket 754接口的Sempron編號也比較容易識別，以編號“SDA3100AIP3AX”的Sempron為例，其編號含義如下： “SDA”是Sempron特有的標(biāo)志；后面的“3100”是CPU的主頻PR值；頻率后面的“A”表示接口類型，A代表Socket 754接口；A后面的“I”表示工作電壓，I代表1.

31、40V；“P”表示處理器可以承受的最高工作溫度，P代表70；“3”為L2 Cache的容量，3=256KB；最后面的“AX”表示步進(jìn)版本。 目前，Socket 754接口的Sempron主要有Sempron 2600+、Sempron 2800+、Sempron 3000+、Sempron 3100+和Sempron 3300+。 Hardware關(guān)鍵詞-制造工藝 制造工藝，也稱制程，它表示一種半導(dǎo)體工藝尺寸，它是指在一塊硅晶圓片上集成的數(shù)以萬計的晶體管之間的連線寬度。制造工藝一般是用微米（m）或納米（nm）作為衡量單位（1微米相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/60）。自1995年以來，半導(dǎo)體芯片制造工藝的發(fā)展十分迅速，先后從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米，一直發(fā)展到最新的90納米。制造工藝的提高，意味著CPU的體積將更小，集成度更高，功耗也會降低，而性能卻會提高。 -超線程技術(shù) 超線程技術(shù)（Hyper Threading）的原理來自于x86平臺的同步多線程（SMT）技術(shù)：系統(tǒng)只使用一塊CPU，利用特殊的指令把兩個邏輯內(nèi)核模擬成兩個物理芯片，讓操作系統(tǒng)誤以為系統(tǒng)內(nèi)有兩塊物理C