CPU基础知识

CPU基础知识什么是CPU？CPU（CentralProcessingUnit，中央处理器）是整个计算机系统中最重要的部件，它由控制器和运算器构成。控制器负责对数据进行算术运算和逻辑运算操作；运算器主要负责对程序所执行的指令进行分析，并协调计算机各部件进行工作。CPU的工作原理CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。与CPU有关的概念SIMD——单指令多数据流MMX——多媒体扩展指令集3DNOW！SSE（KNI）——SIMD扩展指令集RISC——精简指令系统CISC——复杂指令系统与CPU有关的概念COBCODPSN——处理器序列号Identify——鉴别号码Remark——芯片频率标识CPU性能指标CPU是整个计算机系统的核心，其性能可以反映出所配置计算机系统的性能，直接影响计算机的运行速度，接下来我们简单介绍一下CPU主要的性能指标。主频主频(ClockSpeed)也叫时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度，也就是CPU运算时的工作频率，其单位是MHz。一般说来，主频越高，CPU的速度就越快，整机的就越高。外频外频是系统总线的始终频率，简称总线频率，也就是CPU与主板之间同步运行的速度，其单位是MHz。外频主要由主板决定，外频越高，CPU就可以同时接收更多的来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。倍频倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者是有十分密切的关系的：主频=外频×倍频。缓存缓存又称为高速缓存，是指可以进行高速数据交换的存储器。CPU的缓存分为一级缓存（L1Cache）和二级缓存（L2Cache）。早期的CPU内部只集成了L1Cache，而把L2Cache放置在主板上，现在已经成功集成在CPU内部并以CPU相同速度的频率工作，称为全速二级高速缓存。内存总线速度内存总线速度（Memory-BusSpeed，也就是系统总线速度）是CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度，主要用于协调内存和CPU之间运行速度的差异。扩展总线扩展总线（Expansion-Bus）就是指安装在计算机系统上的局部总线，如ISA或PCI总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。协处理器协处理器也叫数学协处理器，主要负责浮点运算。自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算。地址总线宽度地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB（4GB）的物理空间。数据总线宽度数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。工作电压工作电压（SupplyVoltage）指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期的CPU（286～486时代）制造工艺相对落后，工作电压一般为5V，导致CPU的发热量太大，弄得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，现在CPU的工作电压逐步下降，一般为1.5V～2.0V，解决了发热过高的问题，延长了CPU使用寿命。动态处理动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，创造性地把三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。动态处理并不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。流水线流水线(pipeline)的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高了CPU的运算速度。超标量超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的，只有奔腾级以上CPU才具有这种超标量结构；这是因为现代的CPU越来越多的采用了RISC技术，所以才会有超标量的CPU。MMX指令集MMX（MultiMediaeXtension，多媒体扩展指令集）是Intel公司在1996年推出的多媒体指令增强技术。增加57条MMX指令，它允许CPU同时对2、4甚至8个数据进行并行处理，在处理多媒体的能力上提高了很多。3DNow！指令集3DNow！是第一种3D加速指令集，由AMD公司开发。它一个时钟周期内可同时处理4个浮点运算指令或两条MMX指令，其在3D处理能力方面，3DNow！的威力强大。SSE指令集SSE（StreamingSIMDExtensions，单指令多数据流扩展指令集）是Intel公司在PentiumIII处理器中率先推出的。它总计包括70条指令：50条SIMD（单指令多数据）浮点指令，主要用于3D处理；12条新MMX指令，和旧的MMX指令一起加速系统整数运算速度；8条系统内存数据流传输优化指令。从软件实际运行效果来看SSE比3DNow！更胜一筹，制造工艺制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能，但它可以可以极大地影响CPU的集成度和工作频率，制造工艺越精细，CPU可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。从早期的0.5微米到现在的0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米甚至更小。CPU的类别从外观上来看长方形卡式——Slot架构正方形薄片式——PentiumIVCPU封装形式封装概念——封装厚度]封装类型1、DIP2、PQFP3、PGA4、BGA——PentiumII、III等5、CSPCPU发展历程CPU的发展非常迅速，就像列不断在加速的列车一样。个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium4时代，只经过了不到二十年的时间。从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而PentiumⅢ的集成度超过了2810万个晶体管；CPU的运行速度，以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。常见的CPU主流品牌英特尔（INTEL）超微（AMD）英特尔（Intel）CPUPentium（奔腾）Pentium（奔腾）是Intel公司于1993年推出的新一代微处理器，集成16KB的L1高速缓存，L2高速缓存则做在主板上。接着Intel推出使用MMX技术的PentiumMMX（多能奔腾）和PentiumPro（高能奔腾）。英特尔（Intel）CPUPentium（奔腾）正面Pentium（奔腾）背面英特尔（Intel）CPUPentiumMMX（多能奔腾）正面PentiumMMX（多能奔腾）背面英特尔（Intel）CPUPentiumII（奔腾2）PentiumII与以往的Pentium处理器使用了不同的封装方式，它将处理器放到了盒中，采用SLOT1模式的插座。英特尔（Intel）CPUPentiumII（奔腾2）正面PentiumII（奔腾2）侧面英特尔（Intel）CPUPentiumIII（奔腾3）PentiumIII有两种规格，一种采用了与PentiumII相同的SLOT1规格；另一种采用Socket370规格。CPU内部集成了64K的一级缓存，512K的二级缓存仍然安装在SLOT1的卡盒内。英特尔（Intel）CPUPentiumIII（奔腾3）Slot1PentiumIII（奔腾3）Socket370英特尔（Intel）CPUPentium4（奔腾4）2001年11月20日Intel推出了Pentium4处理器，在Pentium4中Intel使用了全新的x86体系结构，在指令集上也做了很大的改进，增加了新的SSE2特殊指令集。内部集成8KB一级高速执行缓存，256KB二级高速缓存。英特尔（Intel）CPUPentium4（奔腾4）正面Pentium4（奔腾4）背面英特尔（Intel）CPUPentium4（奔腾4）正面Pentium4（奔腾4）背面英特尔（Intel）CPUCeleron（赛扬）赛扬属于Pentium的低价位版本，最开始的时候它是将PentiumII处理器的二级Cache去掉，并简化了封装形式，以后它也包含了128K二级缓存。英特尔（Intel）CPUCeleron（赛扬）早期产品Celeron（赛扬）后期产品Pentium4介绍Intel的处理器在市场份额和商业利润方面相比于AMD都占有很大的优势，尤其是赢得不少行业用户的青睐。现在在市面上主要有针对低端市场的Celeron4系列处理器，和面向中高端的Pentium4A/B/C/E系列处理器。Willamette-128核心的Celeron4Willamette-128核心的Celeron4系列，现在常见的是1.7G跟1.8G的CPU，不过工艺用的是比较落后一点的0.18微米工艺，而且只有128K的L2，性能一般，甚至不如以前超频后的图拉丁CELERON，不过价格也不高，适合对性能要求不高的低端用户使用。Northwood-128核心的Celeron4该系列处理器是属于INTEL的低端主打产品，基本上采用P4架构，把L2缩减到只有128K，因此性能远落后于同频率的P4系列，功耗跟P4A/B系列差不多。Northwood-128核心低频的处理器超频性能还可以，不过INTEL的都是锁了倍频的，超频只能超外频！这个系列只有128K的L2，性能平平，但作为INTEL低端产品，相对P4来说，售价还是比较低廉的，是喜好INTEL处理器的低端用户的理想选择，但性能一般，即使超频后也没什么惊人的表现！Northwood-128核心的Celeron4Northwood核心Pentium4A/B系列Northwood核心的P4A/B系列，凭借0.13工艺，512K的L2，400/533MHZ的前端总线，性能比前一代的WILLAMETTE核心的P4有较大的提高，性能不错。不过现在的AthlonXP完全有能力跟它对抗！功耗也不低，跟AthlonXP比没太大优势。该系列低频版本的超频性能还是不错的。一直以来，价格基本没太大变化，性价比一般，该系列比较适合对价格不太敏感，而且喜好INTEL产品的中端消费者选择！Northwood核心Pentium4A/B系列Northwood核心的Pentium4C系列该系列是INTEL的中高端产品，跟P4A/B系列比，依然是Northwood核心，最大的不同就是前端总线提高到800MHZ，并且加入了超线程技术，这些改动使P4C系列的性能比P4A/B系列增强不少，具有极大的竞争力。而且这系列的超频能力比较强。不过最大的缺点就是功耗比较大，比同频率的P4A/B系列和AthlonXP都高，发热较大，所以得准备好一个比较好的风扇！该系列凭借着高性能、出色的超频能力，以及合理的价格，是现阶段INTEL产品中最值得购买的处理器。Northwood核心的Pentium4C系列Prescott核心的最新Pentium4系列Prescott核心的P4E系列跟P4C系列差不多，还是采用Socket478的接口类型，一样是200MHZ外频、800MHZ的FSB。采用了更先进的0.09微米的制造工艺，核心面积由Northwood核心的131平方毫米降低到112平方毫米，体积大为减少。L2也增加到1024K。还采用了第二代超线程、SSE3等等新技术。不过价格也不算贵，跟P4C系列基本持平。这款处理器最大的缺点就是功耗比较大，发热量恐怖，一定要注意散热。唯一比较突出的是超频能力比同频率的P4C系列的要好，如果在散热做好的前提下，超频潜力很大。Presco