計算機組裝與維修教程-第2章中央處理器

計 算 機 組 裝 與 維 護教 程 江 西 省 電 子 信 息 技 師 學 院計 算 機江 水 林 .Q94715321 5 第 2章 中 央 處 理 器 CPU是 計 算 機 系 統 的 核 心 ， 由 運 算 器 和 控 制 器 組 成 。CPU的 內 部 結 構 分 為 控 制 單 元 、 邏 輯 單 元 和 存 儲 單 元 三大 部 分 ， 這 3個 部 分 相 互 協 調 ， 便 可 以 進 行 分 析 、 判 斷 、運 算 ， 并 控 制 計 算 機 各 部 分 協 調 工 作 。 計 算 機 的 一 切工 作 都 受 CPU控 制 。 其 中 運 算 器 主 要 完 成 各 種 算 術 運 算(如 加 、 減 、 乘 、 除 )和 邏 輯 運 算 (如 邏 輯 加 、 邏 輯 乘 和邏 輯 非 運 算 )； 而 控 制 器 不 具 有 運 算 功 能 ， 它 只 是 讀 取各 種 指 令 ， 并 對 指 令 進 行 分 析 ， 作 出 相 應 的 控 制 。 通常 ， 在 CPU中 還 有 若 干 個 寄 存 器 ， 它 們 可 直 接 參 與 運 算并 存 放 運 算 的 中 間 結 果 。 因 為 CPU是 決 定 一 臺 微 機 性 能的 核 心 部 件 ， 人 們 常 以 它 來 判 定 微 機 的 檔 次 ， 例 如 裝有 Pentium 4 CPU的 微 機 稱 之 為 Pentium 4機 型 ， 裝 有Athlon XP CPU的 微 機 稱 之 為 Athlon XP機 型 。 2 1 微 處 理 器 的 發(fā) 展 歷 程 1971年 Intel公 司 成 功 地 把 傳 統 的 運 算 器 和 控 制 器集 成 在 一 塊 大 規(guī) 模 集 成 電 路 芯 片 上 ， 發(fā) 布 了 第 一 款 4位微 處 理 器 芯 片 4004， 含 有 2300個 晶 體 管 ， 時 鐘 頻 率 為1MHz， 包 括 寄 存 器 、 累 加 器 、 算 術 邏 輯 部 件 、 控 制 部件 、 時 鐘 發(fā) 生 器 及 內 部 總 線 等 。1 第 1代 微 處 理 器 1978和 1979年 ， Intel公 司 先 后 推 出 了 8086和 8088芯 片 ， 它 們 都 是 16位 微 處 理 器 ， 內 含 29000個 晶 體 管 ，時 鐘 頻 率 為 4.77MHz， 地 址 總 線 為 20位 ， 可 使 用 1MB內存 。 它 們 的 內 部 數 據 總 線 都 是 16位 ， 外 部 數 據 總 線8086是 16位 ， 8088是 8位 。 1981年 ， 8088芯 片 首 次 用 于IBM PC機 中 ， 開 創(chuàng) 了 全 新 的 微 機 時 代 。 同 一 時 期 誕 生 的 微 處 理 器 還 有 摩 托 羅 拉 的 68000，帶 有 16個 32位 的 寄 存 器 ， 因 而 本 質 上 應 算 作 32位 的 處理 器 ， 也 只 采 用 了 16位 的 外 部 數 據 總 線 和 24位 的 外 部地 址 總 線 的 設 計 來 精 簡 芯 片 的 引 腳 數 。 摩 托 羅 拉 生 產的 CPU主 要 用 在 蘋 果 型 微 機 中 。2 第 2代 微 處 理 器 1982年 ， Intel推 出 了 80286芯 片 ， 該 芯 片 含 有 13.4萬 個 晶 體 管 ， 時 鐘 頻 率 由 最 初 的 6MHz逐 步 提 高 到 20MHz。其 內 部 和 外 部 數 據 總 線 皆 為 16位 ， 地 址 總 線 24位 ， 可尋 址 16MB內 存 。 80286有 兩 種 工 作 方 式 ： 實 模 式 和 保 護模 式 。 摩 托 羅 拉 在 此 期 間 開 發(fā) 出 了 68020CPU， 這 是 68000系 列 中 真 正 的 32位 處 理 器 ， 具 有 32位 地 址 總 線 和 32位的 數 據 總 線 ， 可 尋 址 4GB內 存 。 3 第 3代 微 處 理 器 1985年 Intel推 出 了 80386芯 片 ， 它 是 80 x86系 列 中的 第 一 種 32位 微 處 理 器 ， 內 含 27.5萬 個 晶 體 管 ， 時 鐘頻 率 為 12.5MHz， 后 提 高 到 20MHz、 25MHz、 33MHz、 40MHz。 其 內 部 和 外 部 數 據 總 線 都 是 32位 ， 地 址 總 線 也是 32位 ， 可 尋 址 4GB內 存 。 它 除 具 有 實 模 式 和 保 護 模 式外 ， 還 增 加 了 一 種 叫 虛 擬 86的 工 作 方 式 ， 可 以 通 過 同時 模 擬 多 個 8086處 理 器 來 提 供 多 任 務 能 力 。 除 了 標 準 的 80386芯 片 (稱 為 80386DX)外 ， 出 于 不 同 的市 場 和 應 用 考 慮 ， Intel又 陸 續(xù) 推 出 了 一 些 其 他 類 型 的80386芯 片 ： 80386SX、 80386SL、 80386DL等 。 除 Intel公 司 生 產 386芯 片 外 ， 還 有 AMD、 Cyrix、 IBM、Ti等 公 司 也 生 產 386芯 片 ， 如 摩 托 羅 拉 在 此 期 間 開 發(fā) 了68030 CPU。 4 第 4代 微 處 理 器 1989年 Intel推 出 了 80486芯 片 ， 為 32位 微 處 理 器 ，集 成 了 120萬 個 晶 體 管 ， 其 時 鐘 頻 率 從 25MHz逐 步 提 高到 33MHz、 50MHz。 80486是 將 80386和 數 學 協 處 理 器80387以 及 一 個 8KB的 高 速 緩 存 集 成 在 一 個 芯 片 內 ， 并且 在 80 x86系 列 中 首 次 采 用 了 RISC技 術 ， 可 以 在 一 個 時鐘 周 期 內 執(zhí) 行 一 條 指 令 。 它 還 采 用 了 突 發(fā) 總 線 方 式 ，大 大 提 高 了 與 內 存 的 數 據 交 換 速 度 。 由 于 這 些 改 進 ，80486的 性 能 比 帶 有 80387數 學 協 處 理 器 的 80386DX提 高了 4倍 。 80486也 陸 續(xù) 出 現 了 幾 種 類 型 ， 上 面 介 紹 的 最 初 類 型是 80486DX。 1990年 推 出 了 80486SX， 它 是 486類 型 中 的一 種 低 價 格 類 型 ， 其 與 80486DX的 區(qū) 別 在 于 它 沒 有 數 學協 處 理 器 。 其 他 公 司 也 推 出 了 486CPU， 如 圖 2-4所 示 。 5 第 5代 微 處 理 器 Intel公 司 于 1993年 又 推 出 了 80586， 為 32位 微 處 理器 ， 其 正 式 名 稱 為 Pentium(奔 騰 )。 Pentium含 有 310萬個 晶 體 管 ， 時 鐘 頻 率 最 初 為 60MHz和 66MHz， 后 提 高 到200MHz。 66MHz的 Pentium微 處 理 器 的 性 能 比 33MHz的80486 DX提 高 了 3倍 多 ， 而 100MHz的 Pentium則 比 33MHz的 80486 DX快 6到 8倍 。 從 這 時 的 Pentium處 理 器 開 始 采用 了 現 在 一 直 使 用 的 “ 外 頻 X 倍 頻 = CPU工 作 頻 率 ”設 置 。 Pentium CPU的 外 觀 ， 如 圖 2-5所 示 。 與 Pentium屬 于 同 一 級 別 的 CPU還 有 AMD K5、 Cyrix 6x86， 如 圖 2-6、 圖 2-7所 示 。 摩 托 羅 拉 在 此 期 間 開 發(fā) 出 了 PowerPC 601 CPU。 6 第 6代 微 處 理 器 1995年 11月 Intel公 司 推 出 了 新 一 代 32位 微 處 理 器Pentium Pro， 即 P6， 如 圖 2-8所 示 。 Pentium Pro是 第一 款 屬 于 第 六 代 的 微 處 理 器 。 Pentium Pro含 有 550萬個 晶 體 管 ， 時 鐘 頻 率 為 133MHz， 處 理 速 度 幾 乎 是 100 MHz的 Pentium的 2倍 。 在 此 款 CPU中 Intel首 次 將 二 級 緩存 整 合 到 CPU上 ， 并 且 此 二 級 緩 存 與 處 理 器 的 內 核 捆 綁在 一 起 ， 使 它 的 工 作 頻 率 與 CPU時 鐘 頻 率 同 步 。 此 款 處理 器 采 用 了 兩 種 制 造 工 藝 ， 分 別 是 0.25 m和 0.35 m。此 款 CPU的 時 鐘 頻 率 為 150-200MHz， 系 統 總 線 為60/66MHz， 而 且 采 用 Socket 8架 構 的 產 品 ， 它 支 持 所有 以 前 的 Pentium指 令 (不 包 括 MMX)， 此 款 CPU還 是 第 一次 使 用 獨 立 雙 總 線 的 結 構 。 1997年 ， 在 Pentium(P54C)和 Pentium Pro的 基 礎 上 又 有 了新 的 發(fā) 展 ， 一 塊 奔 騰 Pentium(P54C)， 加 上 57條 多 媒 體 指 令 ， 構成 了 多 功 能 Pentium MMX (P55C)。 P55C相 對 于 P54C在 以 下 幾 方面 做 了 改 進 ： 支 持 稱 為 MMX多 媒 體 擴 展 的 新 指 令 集 ， 有 57條 新 指令 ， 用 于 高 效 地 處 理 圖 形 、 視 頻 、 音 頻 數 據 ； 內 部 Cache從 16KB增 加 到 32KB； 優(yōu) 化 了 CPU的 執(zhí) 行 核 心 。 與 Pentium MMX屬 于 同 一 級 別 的 CPU有 AMD K6、 Cyrix 6x86 MX、 Cyrix Media GX。 為 了 彌 補 Pentium Pro芯 片 的 某 些 缺 陷 ， Intel在 Pentium Pro基 礎 上 開 發(fā) 了 兩 個 變 體 ： K1amath(即 Pentium )和 Deschutes來 補 充 完 善 它 。Pentium 使 用 MMX和 AGP技 術 ， 其 系 統 總 線 速 度 達 到 66MHz， 一級 Cache含 16KB指 令 Cache和 16KB數 據 Cache， 二 級 Cache為 512KB，采 用 了 0.35 m的 制 造 工 藝 ， CPU工 作 電 壓 為 2.8V； 而Deschueses是 Pentium 的 一 個 0.25 m版 本 ， 具 有 更 低 的 電 源電 壓 ， 適 用 于 便 攜 機 。 自 從 推 出 Pentium 后 ， Intel便 放 棄 了 Socket7市 場 轉 而 力 推 Slot 1架 構 。 Slot 1架 構 的 Pentium CPU 1998年 4月 Intel推 出 了 第 一 塊 Celeron(賽 揚 )處 理器 。 賽 揚 的 發(fā) 展 經 歷 了 多 個 階 段 ： 第 一 階 段 是 代 號 為“ Covington” 的 賽 揚 266和 300， 采 用 0.25 m制 造 工藝 ， Slot 1架 構 ， 沒 有 片 內 L2緩 存 ， 所 以 它 的 整 數 運算 能 力 很 差 ， 如 圖 2-14所 示 ； 第 二 階 段 的 賽 揚 代 號 為“ Mendocino” ， 采 用 0.25 m制 造 工 藝 ， Slot 1架 構 ，它 與 Covington最 大 的 不 同 便 是 增 加 了 整 合 在 CPU內 部的 128K L2緩 存 ， 并 與 CPU相 同 頻 率 工 作 ， 有 300MHz和333MHz兩 種 頻 率 規(guī) 格 ； 第 三 階 段 的 賽 揚 如 圖 2-15所 示 ，為 降 低 成 本 和 價 格 ， Intel推 出 了 Socket 370接 口 賽 揚333和 366， 與 Slot 1接 口 的 賽 揚 相 比 ， 這 種 Socket 370接 口 的 賽 揚 只 是 改 變 了 接 口 方 式 并 提 高 了 主 頻 (但還 是 運 行 在 66MHz的 外 頻 上 )， 其 他 沒 有 任 何 變 化 。 賽揚 系 列 的 核 心 工 作 電 壓 為 2.0V。 同 期 ， AMD和 Cyrix分 別 推 出 了 K6-2和 Cyrix MII。 Intel公 司 在 Slot l架 構 加 上 Pentium 處 理 器 取 得高 端 PC系 統 的 成 功 后 ， 1999年 2月 推 出 了 Pentium 處理 器 ， 它 繼 續(xù) 采 用 Slot 1的 架 構 ， 0.25 m制 造 工 藝 ，集 成 以 CPU時 鐘 半 速 運 行 的 512KB的 二 級 緩 存 。 Pentium 在 以 往 MMX指 令 的 基 礎 上 增 加 了 70條 多 媒 體 指 令 的SSE技 術 ， 其 中 包 含 提 高 3D圖 形 運 算 效 率 的 50條 SIMD浮點 運 算 指 令 、 12條 MMX整 數 運 算 增 強 指 令 、 8條 優(yōu) 化 內存 中 連 續(xù) 數 據 塊 傳 輸 指 令 。 代 號 為 “ Coppermine” 的Pentium 處 理 器 ,采 用 了 0.18 m制 造 工 藝 ,核 心 硅 片上 集 成 了 2810萬 個 以 上 的 晶 體 管 ， 速 度 為 500MHz以 上 。 在 微 處 理 器 的 市 場 中 ， 雖 然 Intel公 司 以 其 絕 對 的優(yōu) 勢 、 生 產 能 力 和 設 計 成 為 工 業(yè) 界 領 袖 ， 但 是 許 多 具有 實 力 的 公 司 也 正 躋 身 微 處 理 器 市 場 ， 向 Intel發(fā) 出 了強 有 力 的 挑 戰(zhàn) ， 像 AMD的 Athlon (K7)處 理 器 的 性 能 已超 過 了 Pentium 。 Athlon又 叫 K7， 此 款 產 品 相 對 于 AMD以 前 的 產 品 可 算是 革 命 性 的 進 步 ， 它 不 是 直 接 照 抄 Intel的 架 構 ， 而 是創(chuàng) 造 了 一 種 屬 于 自 己 的 PC平 臺 。 Athlon擁 有 2180萬 個晶 體 管 ， 包 含 3Dnow!和 MMX指 令 集 ， 使 用 0.25 m和0.18 m制 造 工 藝 ， 一 級 緩 存 大 小 為 128KB (其 中 64KB用 于 指 令 ， 另 64KB用 于 數 據 )， 二 級 緩 存 為 512KB， 其速 度 為 處 理 器 時 鐘 頻 率 的 一 半 。 Athlon芯 片 在 體 系 結構 上 最 重 要 的 特 點 是 采 用 了 Digita1 Alpha CPU的 EV6總 線 技 術 ， 前 端 總 線 速 度 為 200MHz， 進 一 步 將 達 到400MHz或 者 更 高 ， 理 論 上 允 許 主 板 支 持 2個 處 理 器 。 同時 此 處 理 器 采 用 Slot A架 構 ， AMD將 此 新 型 處 理 器 命 名為 Athlon， 時 鐘 頻 率 在 500-850MHz之 間 ， 2000年 3月AMD領 先 于 Intel率 先 推 出 了 1GHz的 Athlon微 處 理 器 。摩 托 羅 拉 開 發(fā) 出 了 PowerPC G3/G4， 用 于 蘋 果 型 微 機 . 7 第 7代 微 處 理 器 Intel和 AMD都 將 分 別 發(fā) 布 64位 微 處 理 器 產 品 ， 將 標志 著 微 處 理 器 進 入 64位 時 代 。 Intel推 出 的 第 一 代 64位 處 理 器 采 用 IA-64架 構 ， 代號 為 Itanium， 以 取 代 使 用 了 20多 年 的 IA-32 x86指 令集 架 構 。 但 是 ， Intel的 IA-64將 不 提 供 對 IA-32應 用 的向 后 兼 容 ， 即 不 能 運 行 現 有 的 32位 軟 件 。 AMD下 一 代 的 處 理 器 代 號 為 K8 Hammer。 K8 Hammer處 理 器 分 為 C1awHammer、 SledgeHammer兩 大 系 列 ， 其中 前 者 是 針 對 桌 面 及 工 作 站 的 主 流 產 品 ， 而 后 者 則 是面 向 服 務 器 用 高 端 處 理 器 ， 均 采 用 64位 架 構 ， 并 采 用了 X86-64指 令 ， 向 下 兼 容 32位 指 令 集 ， 也 就 是 說 可 以運 行 現 在 所 有 的 32位 軟 件 。 2 2 CPU的 分 類 CPU有 多 種 分 類 方 法 。 1 按 生 產 CPU的 廠 家 來 分 按 生 產 CPU的 廠 家 來 分 ， CPU可 分 為 ： Intel CPU、AMD CPU、 VIA CPU等 。 2 按 CPU的 檔 次 分 按 CPU的 檔 次 來 分 ， CPU可 分 為 Athlon XP、 Pentium 4、 Athlon、 Pentium 、 Celeron、 Duron等 。 3 按 CPU的 接 口 分 按 CPU的 接 口 來 分 ， CPU可 分 為 ： Socket 7、 Slot 1、Socket 478、 Socket 370、 Socket A(462)等 。 例 如 ，Pentium 有 Slot 1和 Socket 370兩 種 接 口 ， Pentium 4有 Socket 423和 Socket 478兩 種 接 口 。 4 按 照 標 稱 頻 率 分 同 一 型 號 CPU按 照 其 標 稱 頻 率 又 可 分 為 不 同 檔 次 ，如 Pentium 4有 1.5GHz、 1.6GHz、 1.8GHz、 2.0GHz、2.4GHz、 2.6GHz、 2.8GHz、 3.0GHz、 3.2GHz、 3.4GHz等 ， Athlon XP l500+、 1600+、 1800+、 1900+、 2000+、2200+、 2400+、 2600+、 2700+、 2800+ 等 。5 按 制 造 內 芯 技 術 分 同 一 CPU名 稱 ， 按 其 制 造 內 芯 技 術 的 不 同 ， 又 分 為多 個 檔 次 ， 如 Pentium 4有 Willamette核 心 、 Tualatin核 心 、 NorthWood核 心 。 Athlon有 Thunderbird核 心 、Palomino核 心 、 Thoroughbred核 心 等 。 2.3 主 流 CPU介 紹 現 在 主 要 的 CPU生 產 廠 商 有 Intel、 AMD和 VIA等 。 下 面 按 CPU的 生 產 廠 商 分 類 ， 介 紹 市 場 上 主 流 CPU的 常 見 型 號 及 其 性 能 。 2.3.1 Intel系 列 CPU 1 Pentium Pentium （ 奔 騰 3） 曾 是 Intel的 主 流 產 品 ， 早 期 的Pentium 采 用 Slot 1接 口 ， 現 在 都 已 改 為 Socket 370接 口 。Pentium 擁 有 64KB一 級 緩 存 L1 Cache， 256KB全 速ATC(Advanced Transfer Cache， 高 級 轉 移 緩 存 )二 級 緩 存 L2 Cache， 133MHz外 頻 ， SSE和 MMX SIMD指 令 集 。 新 Pentium 有兩 種 核 心 ， 一 種 是 Coppermine（ 銅 礦 ） ， 外 頻 速 率 是 133MHz，內 置 于 CPU中 的 全 速 L2 Cache與 CPU核 心 之 間 通 過 256位 數 據 連 接， 采 用 0.18 m的 工 藝 技 術 生 產 ， 使 其 在 速 度 和 發(fā) 熱 量 上 都 較 上 一 代 產 品 (采 用 Katmai核 心 的 Pentium ， Slot l接 口 )有 較 大的 改 善 。 而 另 一 種 較 新 的 核 心 是 Tualatin， Tualatin在 Coppermine的基 礎 上 作 了 進 一 步 的 改 良 ： 生 產 工 藝 從 0.18 m縮 減 為 0.13 m；采 用 4倍 字 長 高 速 緩 存 總 線 。 這 有 利 于 進 一 步 降 低 其 發(fā) 熱 量 和 大幅 度 提 高 緩 存 的 數 據 吞 吐 量 。 這 樣 就 使 采 用 Tualatin核 心 的Pentium 很 輕 易 地 將 時 鐘 頻 率 提 升 至 1GHz以 上 。 Pentium 采 用 FC-PGA封 裝 ， Socket 370接 口 ， 時 鐘 頻 率 有667MHz、 733MHz、 800MHz、 933MHz、 1GHz等 。2 Celeron Celeron(賽 揚 )是 Intel定 位 在 低 端 市 場 的 入 門 級 產 品 。 現 在市 場 上 銷 售 的 大 部 分 是 Celeron CPU。 其 實 Celeron 不 過 是比 采 用 Coppermine核 心 的 Pentium III少 了 一 半 的 L2 Cache并 且降 低 了 外 頻 (分 別 有 較 舊 的 66MHz和 較 新 型 號 的 100MHz)的 簡 化 版而 已 。 擁 有 32KB一 級 緩 存 、 128KB全 速 二 級 緩 存 ， Coppermine內核 （ 與 Pentium 相 同 )， SSE/MMX SIMD指 令 集 。 Pentium III一 樣 ， 同 樣 采 用 0.18 m的 生 產 工 藝 ， 采 用 全 速 ATC L2 Cache技 術 ， 1.50V的 核 心 電 壓 。 因 此 ， Celeron 在 應 付 簡 單 的 文 字 處 理 、 上 網 娛樂 上 已 是 綽 綽 有 余 ， 而 且 因 為 游 戲 對 CPU的 Cache依 賴性 不 是 很 大 ， 幾 乎 完 全 沒 有 影 響 它 在 游 戲 方 面 的 性 能 。Celeron 以 其 低 廉 的 價 格 和 優(yōu) 異 的 性 能 贏 得 了 廣 大 用戶 的 肯 定 ， 為 Intel攻 占 低 端 市 場 立 下 汗 馬 功 勞 。Celeron 采 用 FC-PGA封 裝 ， Solket 370接 口 ， 時 鐘 頻率 有 600MHz、 800MHz等 ， 其 外 觀 如 圖 2-22所 示 。 Intel的 CeleronII-T， 采 用 Tualatin內 核 ，0.13 m制 造 工 藝 ， 集 成 了 256KB二 級 緩 存 L2 Cache，FC-PGA2封 裝 ， 100MHzFSB， Socket 370接 口 ， 核 心 電壓 為 1.5V、 耗 能 34.8W工 藝 ， 集 成 了 256KB二 級 緩 存L2Cache， FC-PGA2封 ,主 頻 從 1.2GHz起 步 ， 如 圖 2-23所示 。 3 Pentium 4 Pentium 4是 Intel推 出 的 CPU新 產 品 ， 目 前 已 取 代 Pentium III的 地 位 。 Pentium 4以 其 全 新 的 NetBurst架 構 帶 來 性 能 上 的又 一 飛 躍 。 Pentium 4擁 有 256全 速 ATC L2 Cache， 8KB一 級 追 蹤緩 存 ， SSE2指 令 集 。 采 用 了 超 長 的 流 水 線 使 處 理 器 可 以 輕 易 地跑 到 很 高 的 時 鐘 速 度 ， 其 FSB（ 前 端 總 線 ） 是 Quad-pumped（ 四泵 式 ） ， 意 味 著 數 據 是 以 4倍 時 鐘 速 度 來 傳 輸 的 ， 總 線 的 真 正 頻率 依 然 是 100MHz， 而 實 際 提 供 的 速 度 相 當 于 一 個 400MHz的 總 線 。 Pentium 4有 兩 種 規(guī) 格 ， 較 早 采 用 PGA 423封 裝 的 Socket 423接 口 和 最 新 PGA 478封 裝 的 Socket 478接 口 ， 如 圖 2-24所 示 。Socket 423接 口 不 過 是 Intel為 推 廣 Pentium 4但 又 受 阻 于 技 術而 生 產 的 過 渡 性 產 品 ， 而 后 者 則 是 Intel為 進 一 步 普 及 Pentium 4以 及 生 產 技 術 成 熟 后 的 穩(wěn) 定 型 產 品 ， 現 在 的 Pentium 4處 理 器都 是 Socket 478形 式 。 Socket 423 Pentium 4采 用 0.18工 藝 技 術 ， 內 核 還 是 采 用Willemette， 8KB Ll Cache， 256KB L2 Cache， 工 作 電 壓 為1.7V， 主 頻 速 度 有 1.7GHz、 1.8GHz、 1.9GHz、 、 、 ， 最 大 極 限速 度 只 能 達 到 2GHz 。 要 想 突 破 最 大 極 限 速 度 ， 就 得 采 用 0.13 m工 藝 ， 于 是 Intel便 把 0.13 m工 藝 的 Wi1lamette命 名 為 Northwood， 以 示 區(qū) 別 ，而 且 Northwood也 改 為 PGA478封 裝 ， 設 計 并 且 擁 有 完 整 的 熱 量轉 移 裝 置 ， 比 Willamette多 出 了 55根 引 腳 ， 工 作 電 壓 為 1.5V。Socket 478 Pentium 4Northwood有 1.5/1.6 1.7/1.8/1.9/ 2.0/2.2/2.3/2.4/2.6/2.8/3.0GHz等 多 種 速 度 。4.Pentium 4 Celeron Pentium 4 Celeron采 用 Wi11amlette核 心 ， 目 前 時 鐘 頻 率 為2.7GHz， 該 處 理 器 采 用 0.13 m制 造 工 藝 ， Socket 478接 口 ， 支持 400MHz FSB和 SSE2指 令 集 ， 使 用 FC-PGA2封 裝 ， 工 作 電 壓1.525V， 128KB L2緩 存 存 儲 器 。 2.3.2 AMD系列CPU AMD公 司 (Advanced Micro Devices， Inc )是 僅 次 于 Intel的 第 二 大 x86處 理 器 制 造 商 。 長 期 以 來 AMD的 處 理 器 以 其 高 性 價比 占 據 了 相 當 一 部 分 市 場 。 1 Athlon AMD在 1999年 7月 推 出 第 一 款 Athlon(K7)處 理 器 ， 隨 后 領 先 于Pentium 率 先 將 CPU主 頻 提 升 到 1GHz， 競 爭 主 頻 第 一 。 Athlon (速 龍 、 雷 鳥 )采 用 462針 的 Socket A架 構 ， 如 圖 2-26所 示 。 0.18 m制 作 工 藝 ， ThunderBird (雷 鳥 )核 心 ， 工 作 電 壓1 65V。 L1 Cache為 128KB， L2 Cache為 256KB， 總 容 量 比 Intel的 Pentium 處 理 器 大 4倍 。 時 鐘 頻 率 為 700MHz-1.4GHz， 前 端總 線 FSB速 度 為 200MHz/266MHz， 提 供 比 Intel系 統 總 線 高 百 分 之五 十 的 峰 值 帶 寬 ， 內 建 MMX和 增 強 型 3Dnow!技 術 。 AMD推 出 Athlon處 理 器 以 來 ， 打 破 了 Intel長 期 以 來 在 處 理 器市 場 的 壟 斷 地 位 ， Athlon在 性 能 上 超 過 了 Pentium ， 其 后 推 出 的 Duron、 ThunderBird不 僅 性 能 出 色 而 且 價 格 更 是 遠 遠 低 于Intel的 同 類 產 品 ， 幾 乎 占 據 了 半 壁 江 山 。 2 Duron Duron(鉆 龍 、 毒 龍 )是 AMD推 出 的 低 端 處 理 器 產 品 ， 如 圖 2-27所 示 。 最 初 的 Duron采 用 Spitfire核 心 ， 是 ThunderBird核 心Athhn的 簡 化 版 ， 它 們 的 差 異 僅 在 于 二 級 高 速 緩 存 和 核 心 電 壓 ，時 鐘 頻 率 為 600-950MHz。 Duron采 用 Socket A結 構 ， 0.18 m的制 造 工 藝 ， 工 作 電 壓 1.5V， 支 持 MMX和 增 強 型 3DNow!指 令 集 ， 使用 200MHz外 部 總 線 ， 具 有 更 大 的 一 級 緩 存 128KB， 較 小 的 全 速 二級 緩 存 64KB， 獨 立 的 二 級 緩 存 并 沒 有 使 它 的 性 能 降 低 ， 同 時 容量 較 大 的 一 級 緩 存 能 夠 很 好 的 補 償 容 量 較 小 的 二 級 緩 存 的 不 足 。Duron可 以 采 用 PC100和 PC133內 存 條 ， 并 且 支 持 DDR內 存 規(guī) 范 。即 便 使 用 一 般 的 PC100內 存 條 ， Duron的 內 存 帶 寬 也 比 Celeron高50 ， 如 果 采 用 PC133將 會 增 加 100 的 內 存 帶 寬 ， 而 且 Duron具有 較 快 的 總 線 速 率 和 較 高 的 3D性 能 ， 比 同 頻 的 賽 揚 要 快 25 ，另 外 Duron超 頻 能 力 也 出 色 ， 例 如 通 過 破 解 倍 頻 的 簡 易 方 式 ， 就可 以 把 Duron輕 松 超 頻 到 1GHz以 上 。 新 Duron采 用 Morgan核 心 ， 時 鐘 頻 率 為 1.2GHz以 上 。 AMD還 將發(fā) 布 Morgan的 繼 承 者 Appaloosa， 這 是 Thoroughbred的 Duron版本 ， 采 用 0.13 m制 造 工 藝 。 作 為 一 款 低 端 產 品 ， Duron與 同 頻 率 Athlon的 性 能 差 異 不 大 ，使 得 Celeron在 它 面 前 顯 得 軟 弱 無 力 。 如 果 想 獲 得 較 高 性 能 價 格比 ， Duron是 很 好 的 選 擇 。3 Athlon XP 為 了 爭 奪 高 端 處 理 器 市 場 ， AMD推 出 了 新 一 代 處 理 器 Athlon XP， 以 全 面 對 抗 Pentium 4。 Athlon具 有 目 前 最 強 大 的 浮 點 單 元設 計 和 優(yōu) 秀 的 整 數 計 算 單 元 ， 相 比 之 下 Pentium 4無 論 是 價 格 還是 性 能 上 都 沒 有 優(yōu) 勢 可 言 。 廣 泛 測 試 顯 示 ， Pentium 4需 要 多 付出 300-400MHz的 工 作 頻 率 才 可 以 獲 得 與 Athlon相 當 的 性 能 。 對于 普 通 的 微 機 使 用 者 來 說 ， 現 在 已 經 不 能 簡 單 地 用 處 理 器 的 頻率 來 衡 量 微 機 性 能 的 高 低 了 ， 因 此 說 ： 高 頻 率 不 再 意 味 著 高 性 能 !” ， 用 主 頻 衡 量 微 機 性 能 高 低 的 觀 念 需 要 改 變 了 。 所 以 ， Athlon XP引 入 了 全 新 的 命 名 方 式 ， 就 是 以 處 理 器 的 效 能表 現 值 ( P R ) 來 命 名 ， 而 “ X P ” 則 代 表 “ e X t r e m e Performance” (額外 的 高 性 能 )。 處 理 器 的 型 號 分 別 命 名 為 1500+、 1600+、 1700+、1800+、 2100+等 ， 時 鐘 頻 率 從 1.33-1.73GHz或 更 高 。 經 測 試1900+的 性 能 表 現 不 僅 超 過 Pentium 4 1.9GHz， 且 超 過 Pentium 4 2.0GHz。 因 此 ， Athlon XP順 利 取 代 Athlon成 為 新 一 代 主 流 產品 。 Athlon XP采 用 Palomino核 心 ， 0.18 m的 制 造 工 藝 ， 采 用QuantiSpeed加 速 架 構 ， 1.75V工 作 電 壓 ， 266MHz高 級 前 端 總 線 ，支 持 3DNow和 SSE指 令 集 ， L1 Cache l28KB、 L2 Cache256KB，Socket A接 口 ， 采 用 低 功 耗 設 計 ， 核 心 內 置 溫 度 探 頭 。 AMD采 用 0.13 m工 藝 生 產 的 代 號 為 Thoroughbred的 Athlon XP， 進 一 步 提 高 了 處 理 器 的 性 能 ， 降 低 了 功 耗 ， 縮 小 了 核 心 硅 片 的 體 積 ， 從 而 得 到 更 高 的 運 行 頻 率 。 2.3.3 VIA系 列 CPU 1 Cyrix 威 盛 推 出 采 用 Joshua核 心 的 Cyrix 后 ， 又 推 出 了 采 用Samual核 心 的 Cyrix ， 如 圖 2-29所 示 。 Samuel內 部 集 成 有128KB的 L1 Cache， 其 中 64KB用 于 數 據 緩 存 ， 另 外 64KB用 于 指 令緩 存 。 與 其 他 的 處 理 器 不 同 ， 它 沒 有 集 成 L2 Cache， 這 是 威 盛為 降 低 成 本 ， 減 少 CPU發(fā) 熱 量 采 取 的 措 施 ， 但 這 對 Cyrix 的 性能 有 很 大 影 響 。 Cyrix 為 Intel的 架 構 ， 支 持 3DNow!和 MMX多媒 體 擴 展 指 令 ， 采 用 0.18 m制 造 技 術 ， Socket 370架 構 ， 內 核電 壓 為 1.8V， 支 持 100MHz、 133MHz的 外 頻 ， 并 且 其 外 頻 還 可 以提 升 到 150MHz， 由 此 可 見 ， 與 Celeom 的 66/100MHz外 頻 相 比 ，Samuel具 有 明 顯 的 優(yōu) 勢 ， 超 頻 性 能 較 好 ， 處 理 器 的 發(fā) 熱 量 也 不是 很 高 。 其 功 率 最 高 僅 有 10W， 是 現 在 處 理 器 中 功 率 最 小 的 ， 明顯 低 于 Celeron 的 18W以 及 Duron的 41W。 由 于 Samuel功 率 如 此小 ， 因 此 工 作 時 的 發(fā) 熱 量 很 小 ， 在 運 行 時 甚 至 可 以 不 加 風 扇 ，僅 需 要 一 塊 散 熱 片 就 足 夠 了 ， 這 就 意 味 著 Samuel用 在 要 求 發(fā) 熱 量 很 小 的 筆 記 本 電 腦 上 是 很 有 競 爭 力 的 。 2VIA C3 威 盛 收 購 Cyrix后 ， 陸 續(xù) 推 出 了 Joshua和 Samuel兩 款CPU， 不 過 在 產 品 的 名 稱 上 ， 則 是 持 續(xù) 延 用 Cyrix既 有的 品 牌 知 名 度 ， 以 VIA Cyrix作 為 威 盛 CPU的 品 牌 名 稱 。威 盛 決 定 從 Samuel 2處 理 器 開 始 ， 將 CPU產 品 品 牌 名 稱定 名 為 C系 列 ， 而 Samuel 2也 將 由 VIA Cyrix 改 為 C3。 VIA C3采 用 Ezra(Samual 2)核 心 、 Socket 370的 架 構 、133MHz前 端 總 線 。 C3擁 有 128KB的 L1 Cache和 64KB的 全速 L2 Cache， 同 時 對 MMX和 3DNow!指 令 集 提 供 支 持 。 由于 采 用 0.15 m制 造 工 藝 ， 功 率 更 低 ， 降 到 了 4W， 這 樣低 功 耗 的 處 理 器 ， 將 在 筆 記 本 電 腦 、 PDA處 理 器 市 場 大有 作 為 。 C3有 800MHz、 866MHz等 版 本 。 第 三 款 基 于 Ezra核 心 的 C3處 理 器 采 用 最 先 進 的 0.13 m工 藝制 造 ， 133MHz， 7倍 頻 ， 芯 片 內 建 128KB一 級 緩 存 及 64KB二 級 緩存 ， 并 支 持 MMX、 3DNow!多 媒 體 指 令 集 ， 完 全 兼 容 Socket 370架構 ， 可 搭 配 Intel 815系 列 及 VIA的 多 款 芯 片 組 。 主 頻 可 達933MHz和 1GHz以 上 ， 它 是 目 前 市 場 上 平 均 功 耗 最 低 的 處 理 器 之一 ， 如 圖 2-30所 示 。3 VIA C4 C4采 用 C5X核 心 ， 工 程 代 號 為 Ezra， 配 備 有 256KB L2 Cache及SSE多 媒 體 指 令 集 。 C4采 用 全 新 的 設 計 ， 除 了 擁 有 128KB的 L1 cache和 基 于 P6總 線 之 外 ， C4和 C3的 相 似 之 處 實 在 很 少 。 C4使 用0.15 m的 制 造 工 藝 ， 頻 率 可 達 到 1.2GHz以 上 。 2 4 CPU的 接 口 標 準 目 前 主 流 CPU從 封 裝 形 式 來 看 主 要 分 為 兩 大 類 ： 一 種 是 針 腳 式的 Socket類 型 ， 另 一 種 是 插 卡 式 的 Slot類 型 。 其 中 插 卡 式 的S1ot已 經 退 出 市 場 。2.4.1 Socket插 座 PC機 從 386時 代 開 始 普 遍 使 用 Socket插 座 來 安 裝 CPU， 從 Socket 4、 Socket 5、 Socket 7到 現 在 的 Socket 370、 Socket A、Socket 478。1 Socket 7插 座 Socket 7是 方 形 多 針 腳 ZIP(Zero lnsert Force零 插 拔 力 插 座 )插 座 ， 有 296根 針 孔 ， 插 座 上 有 一 根 拉 桿 ， 在 安 裝 和 更 換 CPU時只 要 將 拉 桿 向 上 拉 出 ， 就 可 以 輕 易 地 插 進 或 取 出 CPU芯 片 ， 如 圖2-31所 示 。 Socket 7插 座 不 但 可 以 安 裝 Intel公 司 的 Pentium、 Pentium MMX， 還 能 安 裝 AMD公 司 的 K5、 K6和 K6-2； Cyrix公 司 的 6x86、 6x86MX、 M ； IDT公 司 的 W1nip C6等 ， 適 用 范 圍 非 常 廣 。Socket 7 CPU插 座 如 圖 2-32所 示 。 2 Super 7插 座 自 Intel宣 布 不 再 進 行 基 于 Socket 7的 CPU開 發(fā) 后 ， 這 一 領 域的 其 他 開 發(fā) 商 和 芯 片 組 、 主 板 生 產 廠 商 隨 即 團 結 起 來 ， 推 出 了Super 7體 系 架 構 ， 以 最 大 限 度 地 挖 掘 此 體 系 架 構 的 潛 力 。Super 7標 準 是 在 Socket 7基 礎 上 發(fā) 展 起 來 的 ， 應 該 是 Socket 7系 列 的 升 級 版 本 。 Super 7兼 容 Socket 7所 支 持 的 所 有 CPU， 主要 與 AMD的 K6-2、 K6- 配 合 ， 構 成 價 廉 物 美 的 高 性 價 比 PC。 K6-2仍 然 采 用 Socket 7插 座 式 封 裝 ， 除 支 持 100MHz的 外 頻 ， K6-也 運 行 在 Super7架 構 的 主 板 上 。3 Socket 370插 座 Intel的 Socket 370支 持 Celeron 、 coppermine核 心 的Pentium 、 Cyrix 和 VIA C3。 Socket 370 CPU插 座 如 圖 2-33所 示 。4 Socket A插 座 AMD的 Socket A(Socket-462)是 為 Socket A架 構 的 Athlon處 理 器 而 設 計 的 標 準 。 AMD的 Athlon、 Duron和 Athlon XP處 理 器 都采 用 相 同 的 Socket A接 口 。 Socket A CPU接 口 見 圖 2-34所 示 。 5 Socket 478插 座 Intel的 Socket 478 CPU接 口 支 持 PGA478封 裝 的 Pentium 4 CPU。 Socket 478 CPU插 座 如 圖 2-35所 示 。 2.4.2 Slot插 槽1 Slot 1插 槽 Slot l接 口 方 式 是 由 Intel提 出 的 ， 它 是 一 個 狹 長 的 242引 腳的 插 槽 ， 如 圖 2-36所 示 ， 可 以 支 持 采 用 SEC(單 邊 接 觸 )封 裝 技 術的 Pentium 、 Pentium 和 Celeron處 理 器 ， 除 了 接 口 方 式 不同 外 ， Slot l所 支 持 的 特 性 與 Super 7系 統 沒 有 什 么 太 大 的 差 別。 2 Slot A插 槽 AMD K7所 用 的 Solt接 口 稱 為 Solt A， 從 外 表 上 看 ， Slot A接口 與 Intel的 Slot 1接 口 完 全 相 同 ， 但 兩 者 在 電 氣 性 能 上 完 全 不兼 容 ， 為 K7所 設 計 的 芯 片 組 或 主 板 將 不 能 使 用 Intel的 CPU。 AMD按 照 這 種 設 計 ， 生 產 廠 家 仍 然 可 以 從 現 有 市 場 上 得 到 所 有 所 需的 原 材 料 部 件 。 2.5 CPU的 主 要 性 能 指 標 及 CPU的 選 購2.5.1 CPU的 主 要 性 能 指 標 CPU是 PC機 系 統 的 核 心 ， 是 標 志 PC機 檔 次 的 主 要 依據 。 CPU主 要 有 下 面 性 能 指 標 和 技 術 參 數：1 主 頻 主 頻 又 稱 內 頻 ， 是 CPU內 核 運 行 時 的 時 鐘 頻 率 ， 即CPU的 時 鐘 頻 率 (CPU Clock Speed)， 例 如 ： Pentium 4 3.0GHz、 Athlon XP 2600+等 。 主 頻 是 CPU性 能 中 最 主要 的 指 標 。 CPU的 主 頻 一 般 標 記 在 CPU芯 片 上 ， 如 圖 2-37所 示 。 CPU的 主 頻 表 示 在 CPU內 部 數 字 脈 沖 信 號 振 蕩 的 速 度 ，主 頻 和 實 際 的 運 算 速 度 有 關 ， 但 主 頻 并 不 直 接 代 表 運算 速 度 。 主 頻 僅 僅 是 CPU性 能 表 現 的 一 個 方 面 ， 而 不 代表 CPU的 整 體 性 能 。 2 外 頻 與 前 端 總 線 外 頻 又 稱 外 部 時 鐘 頻 率 ， 是 由 主 板 提 供 的 系 統 總 線 的 工 作 頻率 ， 是 CPU與 主 板 之 間 同 步 運 行 的 速 度 。 在 實 際 運 行 過 程 中 的 速度 不 但 由 CPU的 速 度 決 定 ， 而 且 還 受 到 主 板 和 內 存 速 度 的 限 制 。內 存 和 主 板 的 速 度 大 大 低 于 CPU的 主 頻 ， 因 此 數 據 一 出 CPU， 都將 降 到 與 主 板 相 同 的 速 度 。 例 如 ， Pentium 的 外 頻 是 100MHz 、Pentium 4的 外 頻 是 200MHz， Athlon及 Athlon XP的 外 頻 是133MHz、 166MHz 。 “ 前 端 總 線 ” FSB(Front Side Bus)速 度 指 的 是 數 據 傳 輸 的速 度 由 于 目 前 的 各 種 主 板 上 前 端 總 線 頻 率 與 內 存 總 線 頻 率 相 同 ，所 以 也 是 CPU與 內 存 之 間 交 換 數 據 的 工 作 時 鐘 。 一 個 CPU的 外 頻與 今 天 我 們 常 說 的 FSB頻 率 是 相 同 的 (注 意 ， 是 頻 率 相 同 )， 目 前市 場 上 的 CPU的 外 頻 主 要 有 100MHz、 133MHz、 166MHz、 200MHz等 。目 前 CPU的 前 端 總 線 速 度 已 達 到 了 800MHz， 其 實 它 們 的 外 頻 仍 然是 133MHz、 166MHz、 200MHz等 。 但 是 由 于 采 用 了 特 殊 的 技 術 ，使 前 端 總 線 能 夠 在 一 個 時 鐘 周 期 內 產 成 2次 甚 至 4次 傳 輸 ， 因 此相 當 于 將 前 端 總 線 頻 率 提 升 了 好 幾 倍 。 不 過 從 外 頻 與 倍 頻 的 定 義 來 看 ， 它 們 的 外 頻 并 未 因 此 而 發(fā) 生 改 變 。 3 倍 頻 由 于 外 頻 不 斷 提 高 ， 漸 漸 地 提 高 到 其 他 設 備 無 法 承 受 的 速 度 ，因 此 出 現 了 分 頻 技 術 (其 實 這 是 主 板 北 橋 芯 片 的 功 能 )。 分 頻 技術 就 是 通 過 主 板 的 北 橋 芯 片 將 CPU外 頻 降 低 ， 然 后 再 提 供 給 各 插卡 、 硬 盤 等 設 備 。 早 期 的 66MHz外 頻 時 代 是 PCI設 備 2分 頻 ， AGP設 備 不 分 頻 ； 后 來 的 100MHz外 頻 時 代 則 是 PCI設 備 3分 頻 ， AGP設備 2 3分 頻 (有 些 100MHz的 北 橋 芯 片 也 支 持 PCI設 備 4分 頻 )； 目前 的 北 橋 芯 片 一 般 都 支 持 200MHz外 頻 ， 即 PCI設 備 6分 頻 ， AGP設備 3分 頻 。 總 之 ， 在 標 準 外 頻 (100MHz、 133MHz、 200MHz)下 北 橋芯 片 必 須 使 PCI設 備 工 作 在 33MHz， AGP設 備 工 作 在 66MHz。 倍 頻 就 是 CPU的 運 行 頻 率 與 整 個 系 統 外 頻 運 行 頻 率 之 間 的 倍 數 ，也 就 是 降 低 CPU主 頻 的 倍 數 。 三 者 的 關 系 為 ： CPU的 內 頻 (實 際 運 行 的 頻 率 )=外 頻 X倍 頻 系 數 。 根 據 上 面 公 式 ， 在 倍 頻 系 數 一 定 的 情 況 下 ， 要 提 高 CPU的 運 行速 度 只 能 通 過 提 高 CPU的 外 頻 來 實 現 。 如 果 在 外 頻 一 定 的 情 況 下 ，提 高 倍 頻 系 數 也 可 以 ， 但 是 對 于 鎖 頻 的 CPU， 卻 不 能 提 高 倍 頻 系 數 。 所 謂 “ 超 頻 ” 就 是 通 過 提 高 外 頻 或 倍 頻 系 數 來 提 高 CPU實 際運 行 頻 率 。 4 工 作 電 壓 工 作 電 壓 (Supply Voltage)指 的 是 CPU正 常 工 作 所 需 的 電 壓 ，低 電 壓 意 味 著 低 功 耗 ， 隨 著 CPU制 造 工 藝 與 主 頻 的 提 高 ， 近 年 來各 種 CPU的 工 作 電 壓 有 逐 步 下 降 的 趨 勢 ， 以 解 決 發(fā) 熱 過 高 的 問 題 。例 如 ， Athlon