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电脑术语解释之CPU

由 破孩长大了 2016年 11月 3日 发布于:
文章
浏览: 1,895 次

双核处理器(DualCoreProcessor):双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心,从而提高计算能力。“双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架构的高端服务器厂商提出的,主要运用于服务器上。而台式机上的应用则是在Intel和AMD的推广下,才得以普及。

目前Intel推出的台式机双核心处理器有PentiumD、PentiumEE(PentiumExtremeEdition)和CoreDuo三种类型,三者的工作原理有很大不同。

一、PentiumD和PentiumEE

PentiumD和PentiumEE分别面向主流市场以及高端市场,其每个核心采用独立式缓存设计,在处理器内部两个核心之间是互相隔绝的,通过处理器外部(主板北桥芯片)的仲裁器负责两个核心之间的任务分配以及缓存数据的同步等协调工作。两个核心共享前端总线,并依靠前端总线在两个核心之间传输缓存同步数据。从架构上来看,这种类型是基于独立缓存的松散型双核心处理器耦合方案,其优点是技术简单,只需要将两个相同的处理器内核封装在同一块基板上即可;缺点是数据延迟问题比较严重,性能并不尽如人意。另外,PentiumD和PentiumEE的最大区别就是PentiumEE支持超线程技术而PentiumD则不支持,PentiumEE在打开超线程技术之后会被操作系统识别为四个逻辑处理器。

AMD双核处理器

AMD推出的双核心处理器分别是双核心的Opteron系列和全新的Athlon64X2系列处理器。其中Athlon64X2是用以抗衡PentiumD和PentiumExtremeEdition的桌面双核心处理器系列。

AMD推出的Athlon64X2是由两个Athlon64处理器上采用的Venice核心组合而成,每个核心拥有独立的512KB(1MB)L2缓存及执行单元。除了多出一个核芯之外,从架构上相对于目前Athlon64在架构上并没有任何重大的改变。

双核心Athlon64X2的大部分规格、功能与我们熟悉的Athlon64架构没有任何区别,也就是说新推出的Athlon64X2双核心处理器仍然支持1GHz规格的HyperTransport总线,并且内建了支持双通道设置的DDR内存控制器。

与Intel双核心处理器不同的是,Athlon64X2的两个内核并不需要经过MCH进行相互之间的协调。AMD在Athlon64X2双核心处理器的内部提供了一个称为SystemRequestQueue(系统请求队列)的技术,在工作的时候每一个核心都将其请求放在SRQ中,当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心,也就是说所有的处理过程都在CPU核心范围之内完成,并不需要借助外部设备。

对于双核心架构,AMD的做法是将两个核心整合在同一片硅晶内核之中,而Intel的双核心处理方式则更像是简单的将两个核心做到一起而已。与Intel的双核心架构相比,AMD双核心处理器系统不会在两个核心之间存在传输瓶颈的问题。因此从这个方面来说,Athlon64X2的架构要明显优于PentiumD架构。

虽然与Intel相比,AMD并不用担心Prescott核心这样的功耗和发热大户,但是同样需要为双核心处理器考虑降低功耗的方式。为此AMD并没有采用降低主频的办法,而是在其使用90nm工艺生产的Athlon64X2处理器中采用了所谓的DualStressLiner应变硅技术,与SOI技术配合使用,能够生产出性能更高、耗电更低的晶体管。

AMD推出的Athlon64X2处理器给用户带来最实惠的好处就是,不需要更换平台就能使用新推出的双核心处理器,只要对老主板升级一下BIOS就可以了,这与Intel双核心处理器必须更换新平台才能支持的做法相比,升级双核心系统会节省不少费用。

什么是酷睿

“酷睿”是一款领先节能的新型微架构,设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效,提高每瓦特性能,也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。

酷睿2:英文Core2Duo,是英特尔推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称之一。于2006年7月27日发布。酷睿2,是一个跨平台的构架体系,包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中,服务器版的开发代号为Woodcrest,桌面版的开发代号为Conroe,移动版的开发代号为Merom。

特性:

全新的Core架构

全部采用65nm制造工艺

全线产品为单核心,双核心,四核心,目前为止L2缓存容量存在2MB和4MB两个版本,上市时曾出现过2MB缓存容量

性能提升40%

能耗降低40%,主流产品的平均能耗为65瓦特

前端总线提升至1066Mhz(Conroe),1333Mhz(Woodcrest),667Mhz(Merom)

服务器类Woodcrest为开发代号,实际的产品名称为Xeon5100系列。

采用LGA771接口。

Xeon5100系列包含两种FSB的产品规格(5110采用1066MHz,5130采用1333MHz)。拥有两个处理核心和4MB共享式二级缓存,平均功耗为65W,最大仅为80W,较AMD的Opteron的95W功耗很具优势。

台式机类Conroe处理器分为普通版和至尊版两种,产品线包括E6000系列和E4000系列,两者的主要差别为FSB频率不同。

普通版E6000系列处理器主频从1.8GHz到2.67GHz,频率虽低,但由于优秀的核心架构,Conroe处理器的性能表现优秀。此外,Conroe处理器还支持Intel的VT、EIST、EM64T和XD技术,并加入了Sup-SSE3指令集,也是常说的SSSE3指令集。由于Core的高效架构,Conroe不再提供对HT的支持。

什么是超频,怎么给CPU超频?

电脑的超频就是通过人为的方式将CPU、显卡等硬件的工作频率提高,让它们在高于其额定的频率状态下稳定工作。以IntelP4C2.4GHz的CPU为例,它的额定工作频率是2.4GHz,如果将工作频率提高到2.6GHz,系统仍然可以稳定运行,那这次超频就成功了。

  CPU超频的主要目的是为了提高CPU的工作频率,也就是CPU的主频。而CPU的主频又是外频和倍频的乘积。例如一块CPU的外频为100MHz,倍频为8.5,可以计算得到它的主频=外频×倍频=100MHz×8.5=850MHz。

  提升CPU的主频可以通过改变CPU的倍频或者外频来实现。但如果使用的是IntelCPU,你尽可以忽略倍频,因为IntelCPU使用了特殊的制造工艺来阻止修改倍频。AMD的CPU可以修改倍频,但修改倍频对CPU性能的提升不如外频好。

  而外频的速度通常与前端总线、内存的速度紧密关联。因此当你提升了CPU外频之后,CPU、系统和内存的性能也同时提升了。

CPU超频主要有两种方式:

一个是硬件设置,一个是软件设置。其中硬件设置比较常用,它又分为跳线设置和BIOS设置两种。

  1.跳线设置超频

  早期的主板多数采用了跳线或DIP开关设定的方式来进行超频。在这些跳线和DIP开关的附近,主板上往往印有一些表格,记载的就是跳线和DIP开关组合定义的功能。在关机状态下,你就可以按照表格中的频率进行设定。重新开机后,如果电脑正常启动并可稳定运行就说明我们的超频成功了。

  比如一款配合赛扬1.7GHz使用的Intel845D芯片组主板,它就采用了跳线超频的方式。在电感线圈的下面,我们可以看到跳线的说明表格,当跳线设定为1-2的方式时外频为100MHz,而改成2-3的方式时,外频就提升到了133MHz。而赛扬1.7GHz的默认外频就是100MHz,我们只要将外频提升为133MHz,原有的赛扬1.7GHz就会超频到2.2GHz上工作,是不是很简单呢:)。

另一块配合AMDCPU使用的VIAKT266芯片组主板,采用了DIP开关设定的方式来设定CPU的倍频。多数AMD的倍频都没有锁定,所以可以通过修改倍频来进行超频。这是一个五组的DIP开关,通过各序号开关的不同通断状态可以组合形成十几种模式。在DIP开关的右上方印有说明表,说明了DIP开关在不同的组合方式下所带来不同频率的改变。

例如我们对一块AMD1800+进行超频,首先要知道,AthlonXP1800+的主频等于133MHz外频×11.5倍频。我们只要将倍频提高到12.5,CPU主频就成为133MHz×12.5≈1.6GHz,相当于AthlonXP2000+了。如果我们将倍频提高到13.5时,CPU主频成为1.8GHz,也就将AthlonXP1800+超频成为了AthlonXP2200+,简单的操作换来了性能很大的提升,很有趣吧。

2.BIOS设置超频

  现在主流主板基本上都放弃了跳线设定和DIP开关的设定方式更改CPU倍频或外频,而是使用更方便的BIOS设置。

  例如升技(Abit)的SoftMenuIII和磐正(EPOX)的PowerBIOS等都属于BIOS超频的方式,在CPU参数设定中就可以进行CPU的倍频、外频的设定。如果遇到超频后电脑无法正常启动的状况,只要关机并按住INS或HOME键,重新开机,电脑会自动恢复为CPU默认的工作状态,所以还是在BIOS中超频比较好。

  这里就以升技NF7主板和AthlonXP1800+CPU的组合方案来实现这次超频实战。目前市场上BIOS的品牌主要有两种,一种是PHOENIX-AwardBIOS,另一种是AMIBIOS,这里以AwardBIOS为例。

  首先启动电脑,按DEL键进入主板的BIOS设定界面。从BIOS中选择SoftMenuIIISetup,这便是升技主板的SoftMenu超频功能。

进入该功能后,我们可以看到系统自动识别CPU为1800+。我们要在此处回车,将默认识别的型号改为UserDefine(手动设定)模式。设定为手动模式之后,原有灰色不可选的CPU外频和倍频现在就变成了可选的状态。

如果你需要使用提升外频来超频的话,就在ExternalClock:133MHz这里回车。这里有很多外频可供调节,你可以把它调到150MHz或更高的频率选项上。由于升高外频会使系统总线频率提高,影响其它设备工作的稳定性,因此一定要采用锁定PCI频率的办法。

MultiplierFactor一项便是调节CPU倍频的地方,回车后进入选项区,可以根据CPU的实际情况来选择倍频,例如12.5、13.5或更高的倍频。

菜鸟:如果CPU超频后系统无法正常启动或工作不稳定,我听说可以通过提高CPU的核心电压来解决,有这个道理吗?

阿萌:对啊。因为CPU超频后,功耗也就随之提高。如果供应电流还保持不变,有些CPU就会因功耗不足而导致无法正常稳定的工作。而提升了电压之后,CPU就获得了更多的动力,使超频变得更容易成功和稳定。

  在BIOS中可以设置和调节CPU的核心电压(如图7)。正常的情况下可以选择Default(默认)状态。如果CPU超频后系统不稳定,就可以给CPU核心加电压。但是加电压的副作用很大,首先CPU发热量会增大,其次电压加得过高很容易烧毁CPU,所以加电压时一定要慎重,一般以0.025V、0.05V或者0.1V步进向上加就可以了。

3.用软件实现超频

  顾名思义,就是通过软件来超频。这种超频更简单,它的特点是设定的频率在关机或重新启动电脑后会复原,菜鸟如果不敢一次实现硬件设置超频,可以先用软件超频试验一下超频效果。最常见的超频软件包括SoftFSB和各主板厂商自己开发的软件。它们原理都大同小异,都是通过控制时钟发生器的频率来达到超频的目的。

  SoftFSB是一款比较通用的软件,它可以支持几十种时钟发生器。只要按主板上采用的时钟发生器型号进行选择后,点击GETFSB获得时钟发生器的控制权,之后就可以通过频率拉杆来进行超频的设定了,选定之后按下保存就可以让CPU按新设定的频率开始工作了。不过软件超频的缺点就是当你设定的频率让CPU无法承受的时候,在你点击保存的那一刹那导致死机或系统崩溃。

CPU超频秘技:

  1.CPU超频和CPU本身的“体质”有关

  很多朋友们说他们的CPU加压超频以后还是不稳定,这就是“体质”问题。对于同一个型号的CPU在不同周期生产的可超性不同,这些可以从处理器编号上体现出来。

  2.倍频低的CPU好超

  大家知道提高CPU外频比提高CPU倍频性能提升快,如果是不锁倍频的CPU,高手们会采用提高外频降低倍频的方法来达到更好的效果,由此得出低倍频的CPU具备先天的优势。比如超频健将AMDAthlonXP1700+/1800+以及IntelCeleron2.0GHz等。

  3.制作工艺越先进越好超

  制作工艺越先进的CPU,在超频时越能达到更高的频率。比如Intel新推出就赢得广泛关注的IntelCeleronD处理器,采用90纳米的制造工艺,Prescott核心。已经有网友将一快2.53GHz的CeleronD超到了4.4GHz。

  4.温度对超频有决定性影响

  大家知道超频以后CPU的温度会大幅度的提高,配备一个好的散热系统是必须的。这里不光指CPU风扇,还有机箱风扇等。另外,在CPU核心上涂抹薄薄一层硅脂也很重要,可以帮助CPU良好散热。

  5.主板是超频的利器

  一块可以良好支持超频的主板一般具有以下优点:(1)支持高外频。(2)拥有良好供电系统。如采用三相供电的主板或有CPU单路单项供电的主板。(3)有特殊保护的主板。如在CPU风扇停转时可以立即切断电源,部分主板把它称为“烧不死技术”。(4)BIOS中带有特殊超频设置的主板。(5)做工优良,最好有6层PCB板。

什么是CPU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=1000ns。

  CPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率(CPUClockSpeed)。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。

CPU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,SocketA,Socket478,SocketT,Slot1、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Pentium41.8AGHz就要比Willamette核心的Pentium41.8GHz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PentiumIII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IntelCPU和AMDCPU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)。

INTELCPU的核心类型

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512KB(Pentium4),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2.6GHz(400MHzFSBPentium4),2.26GHz到3.06GHz(533MHzFSBPentium4)和2.4GHz到3.4GHz(800MHzFSBPentium4),并且3.06GHzPentium4和所有的800MHzPentium4都支持超线程技术(Hyper-ThreadingTechnology),封装方式采用PPGAFC-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最新的CPU核心,目前还只有Pentium4而没有低端的赛扬采用,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533MHzFSB的2.4GHz和2.8GHz以及800MHzFSB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533MHzFSB的赛扬。

Smithfield

这是Intel公司的第一款双核心处理器的核心类型,于2005年4月发布,基本上可以认为Smithfield核心是简单的将两个Prescott核心松散地耦合在一起的产物,这是基于独立缓存的松散型耦合方案,其优点是技术简单,缺点是性能不够理想。目前PentiumD8XX系列以及PentiumEE8XX系列采用此核心。Smithfield核心采用90nm制造工艺,全部采用Socket775接口,核心电压1.3V左右,封装方式都采用PLGA,都支持硬件防病毒技术EDB和64位技术EM64T,并且除了PentiumD8X5和PentiumD820之外都支持节能省电技术EIST。前端总线频率是533MHz(PentiumD8X5)和800MHz(PentiumD8X0和PentiumEE8XX),主频范围从2.66GHz到3.2GHz(PentiumD)、3.2GHz(PentiumEE)。PentiumEE和PentiumD的最大区别就是PentiumEE支持超线程技术而PentiumD则不支持。Smithfield核心的两个核心分别具有1MB的二级缓存,在CPU内部两个核心是互相隔绝的,其缓存数据的同步是依靠位于主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线在两个核心之间传输来实现的,所以其数据延迟问题比较严重,性能并不尽如人意。按照Intel的规划,Smithfield核心将会很快被Presler核心取代。

CedarMill

这是Pentium46X1系列和CeleronD3X2/3X6系列采用的核心,从2005末开始出现。其与Prescott核心最大的区别是采用了65nm制造工艺,其它方面则变化不大,基本上可以认为是Prescott核心的65nm制程版本。CedarMill核心全部采用Socket775接口,核心电压1.3V左右,封装方式采用PLGA。其中,Pentium4全部都为800MHzFSB、2MB二级缓存,都支持超线程技术、硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST以及64位技术EM64T;而CeleronD则是533MHzFSB、512KB二级缓存,支持硬件防病毒技术EDB和64位技术EM64T,不支持超线程技术以及节能省电技术EIST。CedarMill核心也是Intel处理器在NetBurst架构上的最后一款单核心处理器的核心类型,按照Intel的规划,CedarMill核心将逐渐被Core架构的Conroe核心所取代。

Presler

这是PentiumD9XX和PentiumEE9XX采用的核心,Intel于2005年末推出。基本上可以认为Presler核心是简单的将两个CedarMill核心松散地耦合在一起的产物,是基于独立缓存的松散型耦合方案,其优点是技术简单,缺点是性能不够理想。Presler核心采用65nm制造工艺,全部采用Socket775接口,核心电压1.3V左右,封装方式都采用PLGA,都支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T,并且除了PentiumD9X5之外都支持虚拟化技术IntelVT。前端总线频率是800MHz(PentiumD)和1066MHz(PentiumEE)。与Smithfield核心类似,PentiumEE和PentiumD的最大区别就是PentiumEE支持超线程技术而PentiumD则不支持,并且两个核心分别具有2MB的二级缓存。在CPU内部两个核心是互相隔绝的,其缓存数据的同步同样是依靠位于主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线在两个核心之间传输来实现的,所以其数据延迟问题同样比较严重,性能同样并不尽如人意。Presler核心与Smithfield核心相比,除了采用65nm制程、每个核心的二级缓存增加到2MB和增加了对虚拟化技术的支持之外,在技术上几乎没有什么创新,基本上可以认为是Smithfield核心的65nm制程版本。Presler核心也是Intel处理器在NetBurst架构上的最后一款双核心处理器的核心类型,可以说是在NetBurst被抛弃之前的最后绝唱,以后Intel桌面处理器全部转移到Core架构。按照Intel的规划,Presler核心从2006年第三季度开始将逐渐被Core架构的Conroe核心所取代。

Yonah

目前采用Yonah核心CPU的有双核心的CoreDuo和单核心的CoreSolo,另外CeleronM也采用了此核心,Yonah是Intel于2006年初推出的。这是一种单/双核心处理器的核心类型,其在应用方面的特点是具有很大的灵活性,既可用于桌面平台,也可用于移动平台;既可用于双核心,也可用于单核心。Yonah核心来源于移动平台上大名鼎鼎的处理器PentiumM的优秀架构,具有流水线级数少、执行效率高、性能强大以及功耗低等等优点。Yonah核心采用65nm制造工艺,核心电压依版本不同在1.1V-1.3V左右,封装方式采用PPGA,接口类型是改良了的新版Socket478接口(与以前台式机的Socket478并不兼容)。在前端总线频率方面,目前CoreDuo和CoreSolo都是667MHz,而Yonah核心CeleronM是533MHz。在二级缓存方面,目前CoreDuo和CoreSolo都是2MB,而即Yonah核心CeleronM是1MB。Yonah核心都支持硬件防病毒技术EDB以及节能省电技术EIST,并且多数型号支持虚拟化技术IntelVT。但其最大的遗憾是不支持64位技术,仅仅只是32位的处理器。值得注意的是,对于双核心的CoreDuo而言,其具有的2MB二级缓存在架构上不同于目前所有X86处理器,其它的所有X86处理器都是每个核心独立具有二级缓存,而CoreDuo的Yonah核心则是采用了与IBM的多核心处理器类似的缓存方案—-两个核心共享2MB的二级缓存!共享式的二级缓存配合Intel的“Smartcache”共享缓存技术,实现了真正意义上的缓存数据同步,大幅度降低了数据延迟,减少了对前端总线的占用。这才是严格意义上的真正的双核心处理器!Yonah核心是共享缓存的紧密型耦合方案,其优点是性能理想,缺点是技术比较复杂。不过,按照Intel的规划,以后Intel各个平台的处理器都将会全部转移到Core架构,Yonah核心其实也只是一个过渡的核心类型,从2006年第三季度开始,其在桌面平台上将会被Conroe核心取代,而在移动平台上则会被Merom核心所取代。

Conroe

这是更新的Intel桌面平台双核心处理器的核心类型,其名称来源于美国德克萨斯州的小城市“Conroe”。Conroe核心于2006年7月27日正式发布,是全新的Core(酷睿)微架构(CoreMicro-Architecture)应用在桌面平台上的第一种CPU核心。目前采用此核心的有Core2DuoE6x00系列和Core2ExtremeX6x00系列。与上代采用NetBurst微架构的PentiumD和PentiumEE相比,Conroe核心具有流水线级数少、执行效率高、性能强大以及功耗低等等优点。Conroe核心采用65nm制造工艺,核心电压为1.3V左右,封装方式采用PLGA,接口类型仍然是传统的Socket775。在前端总线频率方面,目前Core2Duo和Core2Extreme都是1066MHz,而顶级的Core2Extreme将会升级到1333MHz;在一级缓存方面,每个核心都具有32KB的数据缓存和32KB的指令缓存,并且两个核心的一级数据缓存之间可以直接交换数据;在二级缓存方面,Conroe核心都是两个内核共享4MB。Conroe核心都支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T以及虚拟化技术IntelVT。与Yonah核心的缓存机制类似,Conroe核心的二级缓存仍然是两个核心共享,并通过改良了的IntelAdvancedSmartCache(英特尔高级智能高速缓存)共享缓存技术来实现缓存数据的同步。Conroe核心是目前最先进的桌面平台处理器核心,在高性能和低功耗上找到了一个很好的平衡点,全面压倒了目前的所有桌面平台双核心处理器,加之又拥有非常不错的超频能力,确实是目前最强劲的台式机CPU核心。

Allendale

这是与Conroe同时发布的Intel桌面平台双核心处理器的核心类型,其名称来源于美国加利福尼亚州南部的小城市“Allendale”。Allendale核心于2006年7月27日正式发布,仍然基于全新的Core(酷睿)微架构,目前采用此核心的有1066MHzFSB的Core2DuoE6x00系列,即将发布的还有800MHzFSB的Core2DuoE4x00系列。Allendale核心的二级缓存机制与Conroe核心相同,但共享式二级缓存被削减至2MB。Allendale核心仍然采用65nm制造工艺,核心电压为1.3V左右,封装方式采用PLGA,接口类型仍然是传统的Socket775,并且仍然支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T以及虚拟化技术IntelVT。除了共享式二级缓存被削减到2MB以及二级缓存是8路64Byte而非Conroe核心的16路64Byte之外,Allendale核心与Conroe核心几乎完全一样,可以说就是Conroe核心的简化版。当然由于二级缓存上的差异,在频率相同的情况下Allendale核心性能会稍逊于Conroe核心。

Merom

这是与Conroe同时发布的Intel移动平台双核心处理器的核心类型,其名称来源于以色列境内约旦河旁边的一个湖泊“Merom”。Merom核心于2006年7月27日正式发布,仍然基于全新的Core(酷睿)微架构,这也是Intel全平台(台式机、笔记本和服务器)处理器首次采用相同的微架构设计,目前采用此核心的有667MHzFSB的Core2DuoT7x00系列和Core2DuoT5x00系列。与桌面版的Conroe核心类似,Merom核心仍然采用65nm制造工艺,核心电压为1.3V左右,封装方式采用PPGA,接口类型仍然是与Yonah核心CoreDuo和CoreSolo兼容的改良了的新版Socket478接口(与以前台式机的Socket478并不兼容)或Socket479接口,仍然采用Socket479插槽。Merom核心同样支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T以及虚拟化技术IntelVT。Merom核心的二级缓存机制也与Conroe核心相同,Core2DuoT7x00系列的共享式二级缓存为4MB,而Core2DuoT5x00系列的共享式二级缓存为2MB。Merom核心的主要技术特性与Conroe核心几乎完全相同,只是在Conroe核心的基础上利用多种手段加强了功耗控制,使其TDP功耗几乎只有Conroe核心的一半左右,以满足移动平台的节电需求。

AMDCPU的核心类型

AthlonXP的核心类型

  AthlonXP有4种不同的核心类型,但都有共同之处:都采用SocketA接口而且都采用PR标称值标注。

Thorton

  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Barton。

Barton

  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

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HyperTransport总线,内置1个128bit的内存控制器。采用Socket754、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AMDAthlon64CPU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。

Troy

Troy是AMD第一个使用90nm制造工艺的Opteron核心。Troy核心是在Sledgehammer基础上增添了多项新技术而来的,通常为940针脚,拥有128K一级缓存和1MB(1,024KB)二级缓存。同样使用200MHz外频,支持1GHyperTransprot总线,集成了内存控制器,支持双通道DDR400内存,并且可以支持ECC内存。此外,Troy核心还提供了对SSE-3的支持,和Intel的Xeon相同,总的来说,Troy是一款不错的CPU核心。

Venice

Venice核心是在Wincheste核心的基础上演变而来,其技术参数和Wincheste基本相同:一样基于X86-64架构、整合双通道内存控制器、512KBL2缓存、90nm制造工艺、200MHz外频,支持1GHyperTransprot总线。Venice的变化主要有三方面:一是使用了DualStressLiner(简称DSL)技术,可以将半导体晶体管的响应速度提高24%,这样是CPU有更大的频率空间,更容易超频;二是提供了对SSE-3的支持,和Intel的CPU相同;三是进一步改良了内存控制器,一定程度上增加处理器的性能,更主要的是增加内存控制器对不同DIMM模块和不同配置的兼容性。此外Venice核心还使用了动态电压,不同的CPU可能会有不同的电压。

SanDiego

SanDiego核心与Venice一样是在Wincheste核心的基础上演变而来,其技术参数和Venice非常接近,Venice拥有的新技术、新功能,SanDiego核心一样拥有。不过AMD公司将SanDiego核心定位到顶级Athlon64处理器之上,甚至用于服务器CPU。可以将SanDiego看作是Venice核心的高级版本,只不过缓存容量由512KB提升到了1MB。当然由于L2缓存增加,SanDiego核心的内核尺寸也有所增加,从Venice核心的84平方毫米增加到115平方毫米,当然价格也更高昂。

Orleans

这是2006年5月底发布的第一种SocketAM2接口单核心Athlon64的核心类型,其名称来源于法国城市奥尔良(Orleans)。Manila核心定位于桌面中端处理器,采用90nm制造工艺,支持虚拟化技术AMDVT,仍然采用1000MHz的HyperTransport总线,二级缓存为512KB,最大亮点是支持双通道DDR2667内存,这是其与只支持单通道DDR400内存的Socket754接口Athlon64和只支持双通道DDR400内存的Socket939接口Athlon64的最大区别。Orleans核心Athlon64同样也分为TDP功耗62W的标准版(核心电压1.35V左右)和TDP功耗35W的超低功耗版(核心电压1.25V左右)。除了支持双通道DDR2内存以及支持虚拟化技术之外,Orleans核心Athlon64相对于以前的Socket754接口和Socket940接口的Athlon64并无架构上的改变,性能并无多少出彩之处。

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SocketA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,新的E6步进版本已经支持64位。除了拥有与AMD高端处理器相同的内部架构,还具备了EVP、Cool‘n’Quiet;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。

Manila

这是2006年5月底发布的第一种SocketAM2接口Sempron的核心类型,其名称来源于菲律宾首都马尼拉(Manila)。Manila核心定位于桌面低端处理器,采用90nm制造工艺,不支持虚拟化技术AMDVT,仍然采用800MHz的HyperTransport总线,二级缓存为256KB或128KB,最大亮点是支持双通道DDR2667内存,这是其与只支持单通道DDR400内存的Socket754接口Sempron的最大区别。Manila核心Sempron分为TDP功耗62W的标准版(核心电压1.35V左右)和TDP功耗35W的超低功耗版(核心电压1.25V左右)。除了支持双通道DDR2之外,Manila核心Sempron相对于以前的Socket754接口Sempron并无架构上的改变,性能并无多少出彩之处。

Athlon64X2系列双核心CPU的核心类型

Manchester

这是AMD于2005年4月发布的在桌面平台上的第一款双核心处理器的核心类型,是在Venice核心的基础上演变而来,基本上可以看作是两个Venice核心耦合在一起,只不过协作程度比较紧密罢了,这是基于独立缓存的紧密型耦合方案,其优点是技术简单,缺点是性能仍然不够理想。Manchester核心采用90nm制造工艺,整合双通道内存控制器,支持1000MHz的HyperTransprot总线,全部采用Socket939接口。Manchester核心的两个内核都独立拥有512KB的二级缓存,但与Intel的Smithfield核心和Presler核心的缓存数据同步要依靠主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线传输方式大为不同的是,Manchester核心中两个内核的协作程度相当紧密,其缓存数据同步是依靠CPU内置的SRI(SystemRequestInterface,系统请求接口)控制,传输在CPU内部即可实现。这样一来,不但CPU资源占用很小,而且不必占用内存总线资源,数据延迟也比Intel的Smithfield核心和Presler核心大为减少,协作效率明显胜过这两种核心。不过,由于Manchester核心仍然是两个内核的缓存相互独立,从架构上来看也明显不如以Yonah核心为代表的Intel的共享缓存技术SmartCache。当然,共享缓存技术需要重新设计整个CPU架构,其难度要比把两个核心简单地耦合在一起要困难得多。

Toledo

这是AMD于2005年4月在桌面平台上的新款高端双核心处理器的核心类型,它和Manchester核心非常相似,差别在于二级缓存不同。Toledo是在SanDiego核心的基础上演变而来,基本上可以看作是两个Sandiego核心简单地耦合在一起,只不过协作程度比较紧密罢了,这是基于独立缓存的紧密型耦合方案,其优点是技术简单,缺点是性能仍然不够理想。Toledo核心采用90nm制造工艺,整合双通道内存控制器,支持1000MHz的HyperTransprot总线,全部采用Socket939接口。Toledo核心的两个内核都独立拥有1MB的二级缓存,与Manchester核心相同的是,其缓存数据同步也是通过SRI在CPU内部传输的。Toledo核心与Manchester核心相比,除了每个内核的二级缓存增加到1MB之外,其它都完全相同,可以看作是Manchester核心的高级版。

Windsor

这是2006年5月底发布的第一种SocketAM2接口双核心Athlon64X2和Athlon64FX的核心类型,其名称来源于英国地名温莎(Windsor)。Windsor核心定位于桌面高端处理器,采用90nm制造工艺,支持虚拟化技术AMDVT,仍然采用1000MHz的HyperTransport总线,二级缓存方面Windsor核心的两个内核仍然采用独立式二级缓存,Athlon64X2每核心为512KB或1024KB,Athlon64FX每核心为1024KB。Windsor核心的最大亮点是支持双通道DDR2800内存,这是其与只支持双通道DDR400内存的Socket939接口Athlon64X2和Athlon64FX的最大区别。Windsor核心Athlon64FX目前只有FX-62这一款产品,其TDP功耗高达125W;而Athlon64X2则分为TDP功耗89W的标准版(核心电压1.35V左右)、TDP功耗65W的低功耗版(核心电压1.25V左右)和TDP功耗35W的超低功耗版(核心电压1.05V左右)。Windsor核心的缓存数据同步仍然是依靠CPU内置的SRI(Systemrequestinterface,系统请求接口)传输在CPU内部实现,除了支持双通道DDR2内存以及支持虚拟化技术之外,相对于以前的Socket939接口Athlon64X2和双核心Athlon64FX并无架构上的改变,性能并无多少出彩之处,其性能仍然不敌Intel即将于2006年7月底发布的Conroe核心Core2Duo和Core2Extreme。而且AMD从降低成本以提高竞争力方面考虑,除了Athlon64FX之外,已经决定停产具有1024KBx2二级缓存的所有Athlon64X2,只保留具有512KBx2二级缓存的Athlon64X2。

什么是前端总线

什么是总线?

微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连;而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线,用于插件板一级的互连;外部总线则是微机和外部设备之间的总线,微机作为一种设备,通过该总线和其他设备进行信息与数据交换,它用于设备一级的互连。

什么是前端总线:“前端总线”这个名称是由AMD在推出K7CPU时提出的概念,但是一直以来都被大家误认为这个名词不过是外频的另一个名称。我们所说的外频指的是CPU与主板连接的速度,这个概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,而前端总线的速度指的是数据传输的速度,由于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、1066MHz、1333MHz几种,前端总线频率越大,代表着CPU与内存之间的数据传输量越大,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。

前端总线的英文名字是FrontSideBus,通常用FSB表示,是将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时,要注意两者搭配问题,一般来说,如果CPU不超频,那么前端总线是由CPU决定的,如果主板不支持CPU所需要的前端总线,系统就无法工作。也就是说,需要主板和CPU都支持某个前端总线,系统才能工作,只不过一个CPU默认的前端总线是唯一的,因此看一个系统的前端总线主要看CPU就可以。

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。显然同等条件下,前端总线越快,系统性能越好。

外频与前端总线频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度,外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit=6400Mbit/s=800MByte/s(1Byte=8bit)。二级缓存容量

  CPU缓存(CacheMemoney)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(I-Cache)和指令缓存(D-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18KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB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。

双核心CPU的二级缓存比较特殊,和以前的单核心CPU相比,最重要的就是两个内核的缓存所保存的数据要保持一致,否则就会出现错误,为了解决这个问题不同的CPU使用了不同的办法:

Intel双核心处理器的二级缓存

目前Intel的双核心CPU主要有PentiumD、PentiumEE、CoreDuo三种,其中PentiumD、PentiumEE的二级缓存方式完全相同。PentiumD和PentiumEE的二级缓存都是CPU内部两个内核具有互相独立的二级缓存,其中,8xx系列的Smithfield核心CPU为每核心1MB,而9xx系列的Presler核心CPU为每核心2MB。这种CPU内部的两个内核之间的缓存数据同步是依靠位于主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线在两个核心之间传输来实现的,所以其数据延迟问题比较严重,性能并不尽如人意。

CoreDuo使用的核心为Yonah,它的二级缓存则是两个核心共享2MB的二级缓存,共享式的二级缓存配合Intel的“Smartcache”共享缓存技术,实现了真正意义上的缓存数据同步,大幅度降低了数据延迟,减少了对前端总线的占用,性能表现不错,是目前双核心处理器上最先进的二级缓存架构。今后Intel的双核心处理器的二级缓存都会采用这种两个内核共享二级缓存的“Smartcache”共享缓存技术。

AMD双核心处理器的二级缓存

Athlon64X2CPU的核心主要有Manchester和Toledo两种,他们的二级缓存都是CPU内部两个内核具有互相独立的二级缓存,其中,Manchester核心为每核心512KB,而Toledo核心为每核心1MB。处理器内部的两个内核之间的缓存数据同步是依靠CPU内置的SystemRequestInterface(系统请求接口,SRI)控制,传输在CPU内部即可实现。这样一来,不但CPU资源占用很小,而且不必占用内存总线资源,数据延迟也比Intel的Smithfield核心和Presler核心大为减少,协作效率明显胜过这两种核心。不过,由于这种方式仍然是两个内核的缓存相互独立,从架构上来看也明显不如以Yonah核心为代表的Intel的共享缓存技术SmartCache

什么是64位技术

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CPUGPRs(General-PurposeRegisters,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RISC(ReducedInstructionSetComputing,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POWER5、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。

要实现真正意义上的64位计算,光有64位的处理器是不行的,还必须得有64位的操作系统以及64位的应用软件才行,三者缺一不可,缺少其中任何一种要素都是无法实现64位计算的。目前,在64位处理器方面,Intel和AMD两大处理器厂商都发布了多个系列多种规格的64位处理器;而在操作系统和应用软件方面,目前的情况不容乐观。因为真正适合于个人使用的64位操作系统现在就只有WindowsXPX64,而WindowsXPX64本身也只是一个过渡性质的64位操作系统,在WindowsVista发布以后就将被淘汰,而且WindowsXPX64本身也不太完善,易用性不高,一个明显的例子就是各种硬件设备的驱动程序很不完善,而且现在64位的应用软件还基本上没有,确实硬件厂商和软件厂商也不愿意去为一个过渡性质的操作系统编写驱动程序和应用软件。所以要想实现真正的64位计算,恐怕还得等到WindowsVista普及一段时间之后才行。

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X86-64:

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-bitx86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-bitXMM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ExtendedMemory64Technology,即扩展64bit内存技术。EM64T是IntelIA-32架构的扩展,即IA-32e(IntelArchitectur-32extension)。IA-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64bitGPRs(R8-R15),并且把原有GRPs全部扩展为64bit,这样可以提高整数运算能力。增加8个128bitSSE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(legacyIA-32mode)和IA-32e扩展模式(IA-32emode)。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(extendedfeatureenableregister,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-32emodeactive)或长模式有效(longmodeactive,LMA)。当LMA=0时,处理器便作为一颗标准的32bit(IA32)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、AthlonFX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。

浅谈EM64T技术和AMD64区别X86-64(AMD64/EM64T):

AMD公司设计,可以在同一时间内处理64位的整数运算,并兼容于X86-32架构。其中支持64位逻辑定址,同时提供转换为32位定址选项;但数据操作指令默认为32位和8位,提供转换成64位和16位的选项;支持常规用途寄存器,如果是32位运算操作,就要将结果扩展成完整的64位。这样,指令中有“直接执行”和“转换执行”的区别,其指令字段是8位或32位,可以避免字段过长。

x86-64(AMD64)的产生也并非空穴来风,x86处理器的32bit寻址空间限制在4GB内存,而IA-64的处理器又不能兼容x86。AMD充分考虑顾客的需求,加强x86指令集的功能,使这套指令集可同时支持64位的运算模式,因此AMD把它们的结构称之为x86-64。在技术上AMD在x86-64架构中为了进行64位运算,AMD为其引入了新增了R8-R15通用寄存器作为原有X86处理器寄存器的扩充,但在而在32位环境下并不完全使用到这些寄存器。原来的寄存器诸如EAX、EBX也由32位扩张至64位。在SSE单元中新加入了8个新寄存器以提供对SSE2的支持。寄存器数量的增加将带来性能的提升。与此同时,为了同时支持32和64位代码及寄存器,x86-64架构允许处理器工作在以下两种模式:LongMode(长模式)和LegacyMode(遗传模式),Long模式又分为两种子模式(64bit模式和Compatibilitymode兼容模式)。该标准已经被引进在AMD服务器处理器中的Opteron处理器。

而今年也推出了支持64位的EM64T技术,再还没被正式命为EM64T之前是IA32E,这是英特尔64位扩展技术的名字,用来区别X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode,和AMD的X86-64技术类似,采用64位的线性平面寻址,加入8个新的通用寄存器(GPRs),还增加8个寄存器支持SSE指令。与AMD相类似,Intel的64位技术将兼容IA32和IA32E,只有在运行64位操作系统下的时候,才将会采用IA32E。IA32E将由2个sub-mode组成:64位sub-mode和32位sub-mode,同AMD64一样是向下兼容的。Intel的EM64T将完全兼容AMD的X86-64技术。现在Nocona处理器已经加入了一些64位技术,Intel的Pentium4E处理器也支持64位技术。

应该说,这两者都是兼容x86指令集的64位微处理器架构,但EM64T与AMD64还是有一些不一样的地方,AMD64处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。

CPU接口类型

CPU接口类型: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。

CPU接口:SocketAM2

SocketAM2是2006年5月底发布的支持DDR2内存的AMD64位桌面CPU的接口标准,具有940根CPU针脚,支持双通道DDR2内存。虽然同样都具有940根CPU针脚,但SocketAM2与原有的Socket940在针脚定义以及针脚排列方面都不相同,并不能互相兼容。目前采用SocketAM2接口的有低端的Sempron、中端的Athlon64、高端的Athlon64X2以及顶级的Athlon64FX等全系列AMD桌面CPU,支持200MHz外频和1000MHz的HyperTransport总线频率,支持双通道DDR2内存,其中Athlon64X2以及Athlon64FX最高支持DDR2800,Sempron和Athlon64最高支持DDR2667。。按照AMD的规划,SocketAM2接口将逐渐取代原有的Socket754接口和Socket939接口,从而实现桌面平台CPU接口的统一。

CPU接口:SocketS1

SocketS1是2006年5月底发布的支持DDR2内存的AMD64位移动CPU的接口标准,具有638根CPU针脚,支持双通道DDR2内存,这是与只支持单通道DDR内存的移动平台原有的Socket754接口的最大区别。目前采用SocketS1接口的有低端的MobileSempron和高端的Turion64X2。按照AMD的规划,SocketS1接口将逐渐取代原有的Socket754接口从而成为AMD移动平台的标准CPU接口。

CPU接口:SocketF

SocketF是AMD于2006年第三季度发布的支持DDR2内存的AMD服务器/工作站CPU的接口标准,首先采用此接口的是SantaRosa核心的LGA封装的Opteron。与以前的Socket940接口CPU明显不同,SocketF与Intel的Socket775和Socket771倒是基本类似。SocketF接口CPU的底部没有传统的针脚,而代之以1207个触点,即并非针脚式而是触点式,通过与对应的SocketF插槽内的1207根触针接触来传输信号。SocketF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。SocketF接口的Opteron也是AMD首次采用LGA封装,支持ECCDDR2内存。按照AMD的规划,SocketF接口将逐渐取代Socket940接口。

CPU接口:Socket771

Socket771是Intel2005年底发布的双路服务器/工作站CPU的接口标准,目前采用此接口的有采用LGA封装的Dempsey核心的Xeon5000系列和Woodcrest核心的Xeon5100系列。与以前的Socket603和Socket604明显不同,Socket771与桌面平台的Socket775倒还基本类似,Socket771接口CPU的底部没有传统的针脚,而代之以771个触点,即并非针脚式而是触点式,通过与对应的Socket771插槽内的771根触针接触来传输信号。Socket771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。Socket771接口的CPU全部都采用LGA封装。按照Intel的规划,除了XeonMP仍然采用Socket604接口之外,Socket771接口将取代双路Xeon(即XeonDP)目前所采用的Socket603接口和Socket604接口。

CPU接口:Socket479

Socket479的用途比较专业,是2003年3月发布的Intel移动平台处理器的专用接口,具有479根CPU针脚,采用此接口的有CeleronM系列(不包括Yonah核心)和PentiumM系列,而此两大系列CPU已经面临被淘汰的命运。Yonah核心的CoreDuo、CoreSolo和CeleronM已经改用了不兼容于旧版Socket478的新版Socket478接口。

CPU接口:Socket478

  最初的Socket478接口是早期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,目前这种CPU已经逐步退出市场。

但是,Intel于2006年初推出了一种全新的Socket478接口,这种接口是目前Intel公司采用

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