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DIY阶梯教室CPU篇（上） CPU是“Central Processing Unit”的英语缩写，翻译成中文就是“中央处理器”，通常简称为“处理器”。在某些技术类文章中，有时也称它为“微处理器”。 -认识Intel与AMD 由于CPU的技术含量很高，因此有能力生产CPU的公司并不多，目前主要有美国的Intel、AMD、Transmeta和中国台湾的VIA等四家公司。市场上绝大多数的产品是前两家生产的。 Intel的中文名称是“英特尔”，其产品的商标就是“Intel”，我们经常看到的“Pentium（奔腾）”、“Celeron（赛扬）”处理器就是该公司的产品（图1）。其中“Pentium（奔腾）”系列面向中高端市场，目前的主打产品是“Pentium 4”系列；“Celeron（赛扬）”系列面向中低端市场，产品的售价相对Pentium4系列要低，目前的主打产品是“Celeron D”系列。 AMD的中文名称为“超微”，但一般情况下都直接称呼该公司为“AMD”。AMD目前面向民用台式机的处理器主要有定位中高端市场的“Athlon（速龙）64”系列，面向中低端市场的“Sempron（闪龙）”系列（图2）。-主流Pentium 4处理器 目前市场上的Pentium 4处理器大致分为两类，一类采用的是Socket 478接口，另一类（包括最新的产品）采用LGA775接口。 -1.LGA775接口Pentium 4处理器 从外观上来看，LGA775接口的Pentium 4处理器正面覆盖了一个金属盖（图3），体形比较小巧，背面有很多金黄色的金属触点（图4）。 在CPU正面那金属盖的下面，隐藏着一块很小的晶体片，这块晶体片是一片指甲大小的、薄薄的硅晶片，它才是真正的“处理器”，一般称它为CPU核心，英文称之为“Die”。在这块小小的硅晶片上，密布着数以千万计的晶体管，它们相互配合，完成着各种复杂的运算和操作（图5）。 由于CPU核心是硅晶片，因此很脆弱。为了保护它的安全，同时为了帮助核心散热，现在的CPU在核心上都加装了一个金属盖，此金属盖不仅可以避免核心受到意外损坏，同时也增加了核心的散热面积。 金属封装壳周围是CPU基板，它将CPU内部的信号引接到基板上，基板的背面有许多密密麻麻的镀金触点，它是CPU与外部电路连接的通道（图6）。 LGA775 Pentium 4处理器最大的外观特点就是底部采用了金属触点设计，取消了以往的针脚，只有一个个整齐排列的金属圆点。所以安装LGA775接口的CPU时需要一个安装扣架进行固定，以便CPU能准确压在主板CPU插座露出来的弹性触针上（图7）。 2. Socket 478接口Pentium 4处理器 除了LGA775这种新型接口的Pentium 4处理器之外，目前市场上常见的Pentium 4处理器采用的都是Socket 478接口的产品，其外观与LGA775的Pentium 4类似，正面也有一个金属盖（图8）。 在基板的背面，Socket 478接口的Pentium 4处理器拥有镀金的金属引脚，而LGA775接口的Pentium 4却没有引脚，只有触点（图9）。 解读Pentium 4处理器的型号 如果你购买的是盒装Pentium 4处理器，则在包装盒上会看到该产品的型号标签（图10）。该标签上的“Intel Pentium 4 Processor 530”是什么意思呢？ 1.型号 标签上的“Intel Pentium 4 Processor 530”，它标注的是该处理器的型号：其中“Intel Pentium 4 Processor 530”是“型号”； “Intel Pentium 4 Processor”是产品的“家族”型号，说明该处理器是“Pentium”家族的“Pentium 4”处理器；最后面的“530”则是该产品的具体编号。 目前Intel开始对LGA775接口的处理器采用新的命名方式，改变了以往的频率命名方式，取而代之的是使用数字编号来命名。“7XX”表示Dothan核心的Pentium M处理器（笔记本电脑用），“5XX”表示Prescott核心的Pentium 4处理器，“3”表示90nm工艺制造的Celeron D（包括Socket478和LGA775两种接口）处理器，其中5XX系列包括：Pentium 4 520（2.8GHz）、530（3.0GHz）、540（3.2GHz）、550（3.4GHz）、560（3.6GHz）、570（3.8GHz）等。 2.主频 标签上的“3GHz”标注的是该处理器的主频。主频就是CPU运算时的工作频率，单位是Hz。随着技术的发展，CPU的主频已由MHz发展到GHz（1GHz=1024MHz）。与主频相关的还有“外频”与“倍频”这两个参数，“外频”是系统总线的工作频率，而“倍频”则是主频与外频之比的倍数，主频外频倍频。 3.FSB 标签上的“800MHz FSB”指的是该CPU的FSB频率是800MHz。那么什么是FSB呢？FSB的中文意思是“前端总线”。它是CPU与主板北桥芯片或内存之间的数据通道，其频率直接影响CPU访问内存的速度。 如果将CPU看作是一台安装在房间中的大型机器的话，那么“外频”也就是单条生产线的生产速度，“倍频”就是生产线的条数，“主频”自然就是整个机器的总生产速度了。至于“前端总线”，就是这个房间的“大门”机器的生产能力再强，如果“大门”很窄或者物体流通速度比较慢的话，CPU就不得不处于一种“吃不饱”的状态（图11）。 4.L1/L2 Cache 标签上标注的“1MB L2 Cache”是说该CPU的二级缓存容量为1MB。那么什么是L2（二级缓存）呢？ 随着CPU主频的不断提高，它的处理速度也越来越快，而由于其他设备的发展速度并没有CPU这么快，结果CPU的处理速度虽然提高了，但是却没有“原料”进行加工其他设备根本赶不上CPU的速度，没办法及时将需要处理的数据交给CPU。于是，高速缓存便出现在CPU中高速缓存是一种速度非常快的存储介质，当CPU在处理数据时，高速缓存就用来存储一些常用或即将用到的数据或指令，当CPU需要这些数据或指令的时候直接从高速缓存中读取，而不要再到内存甚至硬盘中去读取，如此一来可以大幅度提升CPU的工作效率。 为了降低成本，同时也为了提高高速缓存的利用率，如今的CPU都对缓存采取“分级设计”，也就是将高速缓存通常分成L1 Cache和L2 Cache两个级别：L1 Cache采用与CPU相同的半导体工艺，与CPU同频运行，无须通过外部总线来交换数据，所以大大节省了存取时间。由于生产工艺水平和成本的限制，容量不能很大。 与L1 Cache不同，在L2 Cache中，指令和数据是存放在一起的，由于容量较大，数据与指令相互争用的情况一般不太严重。L2 Cache的容量十分灵活，可由厂家自行决定，从128KB到几MB不等. 除了在包装盒上标注上述关键信息外，在CPU金属盖上面也会标注以上信息，只不过信息非常简洁明了：“Intel Pentium 4”说明该CPU是Pentium 4处理器；“3.00GHz”是指该CPU的主频为3GHz；“1M”是指该CPU的L2 Cache是1MB：“800”是指该CPU的FSB为800MHz（图12）。 DIY阶梯教室CPU篇（中） -赛扬（Celeron）系列处理器是Intel占领中低端市场产品-认识Celeron D处理器 在和AMD争夺低端市场的战斗中， 2004年6月，Intel推出了低端“悍将”Celeron D（图1）。 1.Socket 478 接口的Celeron D 目前市场上的Celeron D处理器大多采用Socket 478接口，它是Northwood核心Celeron处理器的替代产品，采用了90纳米制造工艺和全新的Prescott核心，内部具有与Prescott Pentium 4相同的1.25亿个晶体管，但核心面积仅有112平方毫米。L1 Data Cache（一级数据缓存）由8KB增至16KB，L2 Cache（二级缓存）同样增大了一倍，达到了256KB（图2）。 1024KB=1MB 另外，Celeron D的前端总线频率也由Northwood核心Celeron处理器的400MHz提升至533MHz，并且在多媒体指令集方面增加了13条SEE3指令。Celeron D的工作电压在1.4V左右。 与Prescott核心的LGA 775 Pentium 4处理器一样，Celeron D也采用了全新的“处理器编号”命名方式，正式名次为Celeron D 3XX。其中“Celeron D 320”的频率为2.4GHz，“Celeron D 325”的频率为2.53GHz，“Celeron D 330”的频率为2.66GHz，“Celeron D 335”的频率为2.8GHz，“Celeron D 340”的频率为2.93GHz，“Celeron D 345”的频率为3.06GHz，“Celeron D 350”的频率为3.20GHz。 -Celeron D的步进版本信息 从外观来看，Celeron D和Northwood Celeron的区别很小：相同的mPGA封装、Socket478接口以及同样的银色IHS（Integrated Heat Spreader，整合式散热设计）和绿色基板。不过，Celeron D二级缓存容量是后者的两倍，同时它背面的电容数差不多也是后者的两倍（图4）。 图4 Celeron D(左边)背面的电容数约为Northwood Celeron的两倍 2.LGA 775接口的Celeron D 为了加快i915/925平台的推广速度，争取早日实现Socket 478架构向LGA 775架构的转变，Celeron D处理器也开始采用LGA 775接口（图5）。 除了接口有所变化之外，LGA 775 Celeron D处理器在技术方面也与Socket 478 Celeron D有所不同采用了Prescott核心。与最初的Prescott核心相比，新制程的LGA 775 Celeron D增加了Intels Execute Disable Bit（硬件防病毒功能）及Thermal Monitor 2（第二代温控功能）。除了增加两项新功能外，LGA 775接口的Celeron D处理器与Socket 478 Celeron D的技术规格是一样的，都是533MHz前端总线、256KB二级缓存，最大工作电压1.4V。 为了在编号上区分LGA 775接口与Socket 478接口的Celeron D，Intel在LGA 775接口Celeron D的编号后加了一个字母“J”（图6）。Intel目前共发布了4款LGA 775接口的Celeron D处理器，分别是 325J（2.53GHz）、330J（2.66GHz）、335J（2.8GHz）和340J（2.93GHz）。 Celeron D与Pentium 4的区别 为什么主频、核心、接口相同的Celeron D与Pentium 4处理器之间的售价会相差那么大呢？它们之间的性能差距是如何产生的呢？要了解这些问题，我们可以先看一下主流Intel处理器的技术参数（见表）。1.缓存容量之间的差别 二级缓存容量的不同，历来是Celeron与Pentium之间最大的区别之一。Prescott核心的Celeron D的二级缓存只有同核心Pentium 4的1/4。 2.前端总线之间的差别 为了进一步拉大Celeron与Pentium之间的距离，Intel在开发处理器时，往往会故意让Celeron的前端总线频率比同核心的Pentium低一个档次。Prescott核心的Celeron D与Pentium 4也不例外，前者的前端总线频率只有533MHz，后者的却是800MHz。 3.是否支持超线程 为了进一步提升处理器的性能，Intel把应用于服务器领域的超线程技术引入到家用CPU上。目前，Celeron D处理器不支持超线程技术，而Prescott核心的Pentium 4则支持这一技术。 Celeron D型号的识别 要识别Celeron D的编号信息，除了可以利用其外包装外（图7），也可以从处理器金属顶盖上获取这些信息（图8）。 图8信息的第1、2行上的“INTEL CELERON D”表明该CPU是Intel公司的Celeron D处理器。 第3行上的“2.53GHz/256/533”表明这是一颗主频为2.53GHz、二级缓存为256KB、前端总线为533MHz的处理器。在这一行中，最前面的数字是该处理器的主频，而后面的“256”，或者“512”、“1M”等则显示的是处理器的二级缓存信息。至于第三个数字“533”则是处理器的前端总线频率，即533MHz。 第4行上的“SL7C5”表示处理器的S-Spec编号，从这个编号也可以查出处理器的其他指标，CPU是否盒装也是靠这个编号来识别的。S-Spec编号后面的信息表示产地，如“MALAY”表示这块CPU产自马来西亚；“COSTA RICA”表示CPU产自哥斯达黎加；“CHINA”则表示中国制造的CPU。 第5行的“Q423A268”是产品的FPO序列号，这是一个全球惟一的序列号，每块CPU的序列号都不相同。 编注：目前Intel所有处理器的型号信息基本上都是按照上述规则进行标注的。 DIY阶梯教室CPU篇（下） 目前，AMD针对台式机的处理器产品，主要有面向高端市场的Athlon 64 FX系列、面向中低端主流市场的Athlon 64系列，以及面向低端市场的Sempron系列。其中“Athlon”的中文名称是“速龙”，“Sempron”的中文名称是“闪龙”（图1）。 -认识Athlon 64 FX系列处理器 为了对抗Intel的Pentium4 Extreme Edition（至尊版）处理器，AMD推出了顶级桌面处理器产品Athlon 64 FX系列。该系列产品采用Claw Hammer核心，配备了1MB二级缓存，外频为200MHz，支持1GHz（即200MHz5）的Hyper Transport（简称HT）总线频率。内部整合了支持双通道DDR的内存控制器，遗憾的是，它们仅支持Registered ECC DDR内存。Athlon 64 FX系列处理器是AMD为游戏玩家和发烧友们所定制的产品（图2）。 目前，Athlon 64 FX系列主要有三款产品：Athlon 64 FX-51、Athlon 64 FX-53和Athlon 64 FX-55。它们的主频分别为2.2GHz、2.4GHz和2.6GHz。这三款产品的最新版本均采用Socket 939接口。 -认识Athlon 64系列处理器 Athlon 64系列是AMD针对家用台式电脑所推出的64位处理器产品，其对手就是Intel的Pentium4系列处理器。 1.Socket 754接口的Athlon 64 AMD最初发布的Athlon 64处理器采用的都是Socket 754接口（图3），采用Claw Hammer核心，内置了512KB或1MB二级缓存。从外观上来看，其核心也加装了金属顶盖，底部则有很多金属针脚（图4）。 目前市场上采用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+等几款产品。 2.Socket 939接口的Athlon 64 由于采用不同接口的产品策略在很大程度上影响了Athlon 64处理器销量，因此AMD开始陆续将Athlon 64系列处理器统一为Socket 939接口（图5）。Socket 939接口Athlon 64同样采用了金属顶盖，不过底部的金属引脚比Socket 754接口的产品多了很多，非常密集（图6）。 相比Socket 754接口的Athlon 64，Socket 939接口产品的改进主要有两点：一是集成了128bit的双通道内存控制器，以取代以前的单通道64bit内存控制器。二是HT总线频率都提升到1GHz。而与Athlon 64 FX系列处理器相比，Socket 939接口的Athlon 64可以支持普通的非校验内存条，这是一个很大的优势。 目前市场上采用Socket 939接口的Athlon 64主要有两个版本，它们分别采用0.13微米制造工艺的NewCastle核心和90纳米制造工艺的Winchester核心，而采用这两个核心的Athlon 64处理器除了制造工艺不同外，并无太大的差别。现在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）等产品。 3.解读Athlon 64处理器的编号 我们知道，Intel的处理器都会在金属顶盖上印上一些编号信息。同样，Athlon 64处理器表面也有编号，通过阅读这些编号，就可以快速了解该处理器的相关信息。下面我们以Athlon 64 3200+为例，来详细解读Athlon 64处理器的编号（图7）： 在图7所示的型号信息中，第一行的“AMD Athlon 64”字样表示该CPU的类型，说明该CPU是Athlon 64系列处理器； 第二行的“ADA3200AEP5AP”是最关键的信息，其中“ADA”表示该CPU是AMD Athlon 64 Desktop系列，所有Athlon 64处理器都采用该编号；“3200”是CPU的型号，也就是PR值信息。假如是“4000”则说明是AMD Athlon 64 4000+处理器；“A”这个位置的子母表示该CPU的接口类型，如果是“A”则说明是Socket 754接口，如果是“D”则说明是Socket 939接口；“E”这个位置的子母表示CPU的工作电压，E表示该CPU的工作电压为1.50V；“P”这个位置的子母表示CPU的最高可承受的温度，P表示是70；“5”这个位置的数字表示CPU的二级缓存容量，其中5代表1MB、4代表512KB；最后面的“AP”是保留编号，一般用来表示该CPU所采用的步进版本。 认识Sempron系列处理器 为了阻击Intel Prescott核心的Celeron D处理器，AMD在2004年7月底发布了Sempron（中文名叫“闪龙”）系列处理器。Sempron横跨Socket 462（即Socket A）、Socket 754和Socket 939三种平台。1.Socket 462接口的Sempron Socket 462接口的Sempron（图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除了将外频提高到166MHz（前端总线频率为333MHz）外，其他诸如0.13微米制造工艺、256KB二级缓存、10级流水线设计等指标则没有改变。 Sempron处理器在型号命名方面，继续沿用了AMD独有的PR值命名方法。但相比以前的产品，Sempron的PR值计算更加偏向于普通应用时的算法。因此，同PR值的Sempron实际主频比Athlon XP的要低。比如，Sempron 2600+的实际运行频率是1.83GHz，而同核心的Athlon XP 2600+的主频却是2.08GHz。 AMD共推出了六款采用Socket 462接口的Sempron，分别是Sempron 2200+、2300+、2400+、2500+、2600+、2800+，工作频率从1.5GHz到2.0GHz。 2.解读Socket 462接口Sempron的编号 Socket 462接口的Sempron编号比较好识别，以编号“SDA2200DUT3D”的Sempron2200+为例（图9），其编号意思如下： “SDA”是Sempron特有的标志；后面的“2200”是CPU的主频PR值；频率后面的“D”表示封装形式（D=OPGA、A=PGA、M=卡匣式、其他为TBD）；至于D后面的“U”，它表示工作电压（S=1.5V、U=1.6V、K=1.65V、P=1.7V、M=1.75V）；“T”表示处理器可以承受的最高工作温度（V85、T70）；“3”为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 从Sempron 3100+开始，高频Sempron处理器都采用Socket 754接口，支持200MHz外频和800MHz的Hyper Transport总线频率。Socket 754接口的Sempron还集成了单通道内存控制器、256KB二级缓存，以及“CoolnQuiet”技术。 虽然Socket 754接口的Sempron在外观、技术指标上与Socket 754接口的Athlon 64很相似，但它并不是一款64位处理器（图10）。 Socket 754接口的Sempron编号也比较容易识别，以编号“SDA3100AIP3AX”的Sempron为例，其编号含义如下： “SDA”是Sempron特有的标志；后面的“3100”是CPU的主频PR值；频率后面的“A”表示接口类型，A代表Socket 754接口；A后面的“I”表示工作电压，I代表1.40V；“P”表示处理器可以承受的最高工作温度，P代表70；“3”为L2 Cache的容量，3=256KB；最后面的“AX”表示步进版本。 目前，Socket 754接口的Sempron主要有Sempron 2600+、Sempron 2800+、Sempron 3000+、Sempron 3100+和Sempron 3300+。 Hardware关键词-制造工艺 制造工艺，也称制程，它表示一种半导体工艺尺寸，它是指在一块硅晶圆片上集成的数以万计的晶体管之间的连线宽度。制造工艺一般是用微米（m）或纳米（nm）作为衡量单位（1微米相当于头发丝直径的1/60）。自1995年以来，半导体芯片制造工艺的发展十分迅速，先后从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米，一直发展到最新的90纳米。制造工艺的提高，意味着CPU的体积将更小，集成度更高，功耗也会降低，而性能却会提高。 -超线程技术 超线程技术（Hyper Threading）的原理来自于x86平台的同步多线程（SMT）技术：系统只使用一块CPU，利用特殊的指令把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让操作系统误以为系统内有两块物理CPU，并同时向 “两”块CPU发送两条线程（即两个单独的代码流），使每个“处理器”都能进行并行计算，从而兼容多线程操作系统和软件，提高处理器的性能。 超线程技术不仅要求CPU支持该功能，而且对主板、操作系统也有要求。1.处理器支持 目前绝大部分Intel的Pentium 4系列处理器都支持超线程技术，不过需要注意的是，533MHz前端总线的Pentium 4处理器是不支持超线程的。目前市场上的800MHz前端总线的Pentium 4处理器，不管是什么核心的都支持该技术。而Northwood Celeron 及Celeron D处理器都不支持超线程技术。 2.主板支持 除了最早推出的某些主板不支持超线程技术外，目前常见的支持Pentium 4处理器的Intel芯片组主板都支持超线程技术（注：主板是否支持超线程技术，可以查阅主板说明书或官方资料）。 3.操作系统支持 根据Intel的官方说明，目前超线程处理器要求操作系统是Windows XP以上版本，或2.4.17以上版本的Linux操作系统。Windows 98、Windows Me、Windows 2000都无法支持超线程处理器。-64位处理器 相对32位处理器（如Pentium 4、Celeron、Athlon XP等）而言，64位处理器的寻址范围和运算速度都是前者的两倍。举个简单的例子，如果一款32位处理器和一款64位处理器同时对一个64位整数进行处理，那前者需要2个时钟周期，后者只需要一个时钟周期就可以完成。目前64位处理器有Intel的Itanium（安腾）系列和AMD的Athlon 64/FX系列。 不过，64位处理器需要系统和软件的配合，才能真正发挥其优势，例如64位的操作系统、应用软件等。目前我们常用的操作系统、应用软件几乎都是32位的程序。 -PR值体系 从Athlon XP开始，AMD不再用产品的实际频率来命名处理器，而是采用一种所谓的“真实性能标称法”，并且还有一个公式：性能（Performance）频率（Frequencey）单位时钟工作能力（IPC），这就是PR值。 AMD认为，当处理器核心改变之后，其IPC就改变了，因此频率与性能不再一一对应。正因为AMD采用的是PR值标注方法，因此其产品标注的型号并不是该CPU的真实工作频率，例如AMD Athlon 64 2800+的主频是1.8GHz。AMD在对CPU进行标注时并没有一套固定的公式，因此要想掌握不同Athlon 64处理器的实际频率，还得查询AMD官方网站