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电脑CPU和主板知识详细解释

时间:2011-03-11 10:31来源:未知 作者:admin 点击:
首先是CPU篇

一、适用类型
“CPU适用类型”是指该处理器所适用的应用类型,针对不同用户的不同需求、不同应用范围,CPU被设计成各不相同的类型,即分为嵌入式和通用式、微控制式。嵌入式CPU主要用于运行面向特定领域的专用程序,配备轻量级操作系统,其应用极其广泛,像移动电话、DVD、机顶盒等都是使用嵌入式CPU。微控制式CPU主要用于汽车空调、自动机械等自控设备领域。而通用式CPU追求高性能,主要用于高性能个人计算机系统(即PC台式机)、服务器(工作站)以及笔记本三种。
  台式机的CPU,就是平常大部分场合所提到的应用于PC的CPU,平常所说Intel的奔腾4、赛扬、AMD的AthlonXP等等都属于此类CPU。
  应用于服务器和工作站上的CPU,因其针对的应用范围,所以此类CPU在稳定性、处理速度、同时处理任务的数量等方面的要求都要高于单机CPU。其中服务器(工作站)CPU的高可靠性是普通CPU所无法比拟的,因为大多数的服务器都要满足每天24小时、每周7天的满符合工作要求。由于服务器(工作站)数据处理量很大,需要采用多CPU并行处理结构,即一台服务器中安装2、4、8等多个CPU,需要注意的是,并行结构需要的CPU必须为偶数个。对于服务器而言,多处理器可用于数据库处理等高负荷高速度应用;而对于工作站,多处理器系统则可以用于三维图形制作和动画文件编码等单处理器无法实现的高处理速度应用。另外许多CPU的新技术都是率先开发应用于服务器(工作站)CPU中。
  在最早期的CPU设计中并没有单独的笔记本CPU,均采用与台式机的CPU,后来随着笔记本电脑的散热和体积成为发展的瓶颈时,才逐渐生产出笔记本专用CPU。受笔记本内部空间、散热和电池容量的限制,笔记本CPU在外观尺寸、功耗(耗电量)方面都有很高的要求。笔记本电池性能是十分重要的性能,CPU的功耗大小对电池使用时间有着最直接的影响,所以为了降低功耗笔记本处理器中都包含有一些节能技术。在无线网络将要获得更多应用的现在,笔记本CPU还增加了一些定制的针对无线通信的功能。
  服务器CPU和笔记本CPU都包含有各自独特的专有技术,都是为了更好的在各自的工作条件下发挥出更好的性能。比如服务器的多CPU并行处理,以及多核多线程技术;笔记本CPU的SpeedStep(可自动调整工作频率及电压)节能技术。
  封装方式三者也有不同之处,笔记本CPU是三者中最小最薄的一种,因为笔记本处理器的体积需要更小,耐高温的性能要更佳,因此在制造工艺上要求也就更高。
  三者在稳定性中以服务器CPU最强,因为其设计时就要求有极低的错误率,部分产品甚至要求全年满负荷工作,故障时间不能超过5分钟。
  台式机CPU工作电压和功耗都高于笔记本CPU,通常台式机CPU的测试温度上限为75摄氏度,超过75摄氏度,工作就会不稳定,甚至出现问题;;而笔记本CPU的测试温度上限为100摄氏度;服务器CPU需要长时间的稳定工作,在散热方面的要求就更高了。
  在选购整机尤其是有特定功能的计算机(如笔记本、服务器等)时,需要注意CPU的适用类型,选用不适合的CPU类型,一方面会影响整机的系统性能,另一方面会加大计算机的维护成本。单独选购CPU时候也要注意CPU的适用类型,建议按照具体应用的需求来购买CPU。

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二、系列型号
  CPU厂商会给属于同一系列的CPU产品定一个系列型号,而系列型号则是用于区分CPU性能的重要标示。英特尔公司的主要CPU系列型号有Pentium、Pentium Pro、Pentium II、Pentium III、Pentium 4、Pentium 4EE、Pentium-m、Celeron、Celeron II、Celeron III、Celeron IV、Celeron D、Xeon等等。而AMD公司则有K5、K6、K6-2、Duron、Athlon XP、Sempron、Athlon 64、Opteron等等。

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三、接口类型
  我们知道,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。

Socket 775
  Socket 775又称为Socket T,是目前应用于Intel LGA775封装的CPU所对应的接口,目前采用此种接口的有LGA775封装的Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D等CPU。与以前的Socket 478接口CPU不同,Socket 775接口CPU的底部没有传统的针脚,而代之以775个触点,即并非针脚式而是触点式,通过与对应的Socket 775插槽内的775根触针接触来传输信号。Socket 775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。随着Socket 478的逐渐淡出,Socket 775将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口。

Socket 754
  Socket 754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的CPU接口,目前采用此接口的有低端的Athlon 64和高端的Sempron,具有754根CPU针脚。随着Socket 939的普及,Socket 754最终也会逐渐淡出。

Socket 939
  Socket 939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平台接口标准,目前采用此接口的有高端的Athlon 64以及Athlon 64 FX,具有939根CPU针脚。Socket 939处理器和与过去的Socket 940插槽是不能混插的,但是,Socket 939仍然使用了相同的CPU风扇系统模式,因此以前用于Socket 940和Socket 754的风扇同样可以使用在Socket 939处理器。

Socket 940
  Socket 940是最早发布的AMD64位接口标准,具有940根CPU针脚,目前采用此接口的有服务器/工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon 64 FX。随着新出的Athlon 64 FX改用Socket 939接口,所以Socket 940将会成为Opteron的专用接口。

Socket 603
  Socket 603的用途比较专业,应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台,采用此接口的CPU是Xeon MP和早期的Xeon,具有603根CPU针脚。Socket 603接口的CPU可以兼容于Socket 604插槽。

Socket 604
  与Socket 603相仿,Socket 604仍然是应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台,采用此接口的CPU是533MHz和800MHz FSB的Xeon。Socket 604接口的CPU不能兼容于Socket 603插槽。

Socket 478
  Socket 478接口是目前Pentium 4系列处理器所采用的接口类型,针脚数为478针。Socket 478的Pentium 4处理器面积很小,其针脚排列极为紧密。英特尔公司的Pentium 4系列和P4 赛扬系列都采用此接口。

Socket A
Socket A接口,也叫Socket 462,是目前AMD公司Athlon XP和Duron处理器的插座接口。Socket A接口具有462插空,可以支持133MHz外频。

Socket 423
  Socket 423插槽是最初Pentium 4处理器的标准接口,Socket 423的外形和前几种Socket类的插槽类似,对应的CPU针脚数为423。Socket 423插槽多是基于Intel 850芯片组主板,支持1.3GHz~1.8GHz的Pentium 4处理器。不过随着DDR内存的流行,英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i845芯片组,CPU插槽也改成了Socket 478,Socket 423接口也就销声匿迹了。

Socket 370
  Socket 370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构,外观上与Socket 7非常像,也采用零插拔力插槽,对应的CPU是370针脚。英特尔公司著名的“铜矿”和”图拉丁”系列CPU就是采用此接口。

SLOT 1
  SLOT 1是英特尔公司为取代Socket 7而开发的CPU接口,并申请的专利。这样其它厂商就无法生产SLOT 1接口的产品。SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子,而是变成了扁平的长方体,而且接口也变成了金手指,不再是插针形式。

SLOT 1是英特尔公司为Pentium Ⅱ系列CPU设计的插槽,其将Pentium Ⅱ CPU及其相关控制电路、二级缓存都做在一块子卡上,多数Slot 1主板使用100MHz外频。SLOT 1的技术结构比较先进,能提供更大的内部传输带宽和CPU性能。此种接口已经被淘汰,市面上已无此类接口的产品。

SLOT 2
  SLOT 2用途比较专业,都采用于高端服务器及图形工作站的系统。所用的CPU也是很昂贵的Xeon(至强)系列。Slot 2与Slot 1相比,有许多不同。首先,Slot 2插槽更长,CPU本身也都要大一些。其次,Slot 2能够胜任更高要求的多用途计算处理,这是进入高端企业计算市场的关键所在。在当时标准服务器设计中,一般厂商只能同时在系统中采用两个 Pentium Ⅱ处理器,而有了Slot 2设计后,可以在一台服务器中同时采用 8个处理器。而且采用Slot 2接口的Pentium Ⅱ CPU都采用了当时最先进的0.25微米制造工艺。支持SLOT 2接口的主板芯片组有440GX和450NX。

SLOT A
  SLOT A接口类似于英特尔公司的SLOT 1接口,供AMD公司的K7 Athlon使用的。在技术和性能上,SLOT A主板可完全兼容原有的各种外设扩展卡设备。它使用的并不是Intel的P6 GTL+ 总线协议,而是Digital公司的Alpha总线协议EV6。EV6架构是种较先进的架构,它采用多线程处理的点到点拓扑结构,支持200MHz的总线频率。

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四、针脚数
  目前CPU都采用针脚式接口与主板相连,而不同的接口的CPU在针脚数上各不相同。CPU接口类型的命名,习惯用针脚数来表示,比如目前Pentium 4系列处理器所采用的Socket 478接口,其针脚数就为478针;而Athlon XP系列处理器所采用的Socket 462接口,其针脚数就为462针。

接口类型 针脚数
SOCKET 775 775
SOCKET 939 939
SOCKET 940 940
SOCKET 754 754
SOCKET A(462) 462
SOCKET 478 478
SOCKET 604 604
SOCKET 603 603
SOCKET 423 423
SOCKET 370 370

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五、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,1 ms=1000μs,1μs=1000ns。

  CPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。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Pentium 4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。

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六、封装技术
  所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例,我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌,而是CPU内核等元件经过封装后的产品。

  封装对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此,对于很多集成电路产品而言,封装技术都是非常关键的一环。

  目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来,能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高,功能越来越强,引脚数越来越多,封装的外形也不断在改变。封装时主要考虑的因素:

芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近1:1
引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能
基于散热的要求,封装越薄越好
  作为计算机的重要组成部分,CPU的性能直接影响计算机的整体性能。而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术,采用不同封装技术的CPU,在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。

CPU芯片的封装技术:

DIP技术
QFP技术
PFP技术
PGA技术
BGA技术
目前较为常见的封装形式:

OPGA封装
mPGA封装
CPGA封装
FC-PGA封装
FC-PGA2封装
OOI 封装
PPGA封装
S.E.C.C.封装
S.E.C.C.2 封装
S.E.P.封装
PLGA封装
CuPGA封装

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七、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Pentium 4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Socket 370,Socket A,Socket 478,Socket T,Slot 1、Socket 940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Pentium 4 1.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 1.8GHz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Socket 423接口的Pentium 4的实际性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬,现在的低频Prescott核心Pentium 4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium 4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Intel CPU和AMD CPU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)。

INTEL核心

Tualatin
  这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心,是Intel在Socket 370架构上的最后一种CPU核心,采用0.13um制造工艺,封装方式采用FC-PGA2和PPGA,核心电压也降低到了1.5V左右,主频范围从1GHz到1.4GHz,外频分别为100MHz(赛扬)和133MHz(Pentium III),二级缓存分别为512KB(Pentium III-S)和256KB(Pentium III和赛扬),这是最强的Socket 370核心,其性能甚至超过了早期低频的Pentium 4系列CPU。

Willamette
  这是早期的Pentium 4和P4赛扬采用的核心,最初采用Socket 423接口,后来改用Socket 478接口(赛扬只有1.7GHz和1.8GHz两种,都是Socket 478接口),采用0.18um制造工艺,前端总线频率为400MHz, 主频范围从1.3GHz到2.0GHz(Socket 423)和1.6GHz到2.0GHz(Socket 478),二级缓存分别为256KB(Pentium 4)和128KB(赛扬),注意,另外还有些型号的Socket 423接口的Pentium 4居然没有二级缓存!核心电压1.75V左右,封装方式采用Socket 423的PPGA INT2,PPGA INT3,OOI 423-pin,PPGA FC-PGA2和Socket 478的PPGA FC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等。Willamette核心制造工艺落后,发热量大,性能低下,已经被淘汰掉,而被Northwood核心所取代。

Northwood
  这是目前主流的Pentium 4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Socket 478接口,核心电压1.5V左右,二级缓存分别为128KB(赛扬)和512KB(Pentium 4),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(400MHz FSB Pentium 4),2.26GHz到3.06GHz(533MHz FSB Pentium 4)和2.4GHz到3.4GHz(800MHz FSB Pentium 4),并且3.06GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超线程技术(Hyper-Threading Technology),封装方式采用PPGA FC-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新的CPU核心,最早使用在Pentium 4上,现在低端的赛扬D也大量使用此核心,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Socket 478接口,以后会全部转到LGA 775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533MHz FSB的2.4GHz和2.8GHz以及800MHz FSB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533MHz FSB的赛扬。

Prescott 2M
Prescott 2M是Intel在台式机上使用的核心,与Prescott不同,Prescott 2M支持EM64T技术,也就说可以使用超过4G内存,属于64位CPU,这是Intel第一款使用64位技术的台式机CPU。Prescott 2M核心使用90nm制造工艺,集成2M二级缓存,800或者1066MHz前端总线。目前来说P4的6系列和P4EE CPU使用Prescott 2M核心。Prescott 2M本身的性能并不是特别出众,不过由于集成了大容量二级缓存和使用较高的频率,性能仍然有提升。此外Prescott 2M核心支持增强型IntelSpeedStep技术 (EIST),这技术完全与英特尔的移动处理器中节能机制一样,它可以让Pentium 4 6系列处理器在低负载的时候降低工作频率,这样可以明显降低它们在运行时的工作热量及功耗。


AMD CPU核心

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

Palomino
  这是最早的Athlon XP的核心,采用0.18um制造工艺,核心电压为1.75V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz。

Thoroughbred
  这是第一种采用0.13um制造工艺的Athlon XP核心,又分为Thoroughbred-A和Thoroughbred-B两种版本,核心电压1.65V-1.75V左右,二级缓存为256KB,封装方式采用OPGA,前端总线频率为266MHz和333MHz。

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。

Athlon 64系列CPU的核心类型
Sledgehammer
Sledgehammer是AMD服务器CPU的核心,是64位CPU,一般为940接口,0.13微米工艺。Sledgehammer功能强大,集成三条HyperTransprot总线,核心使用12级流水线,128K一级缓存、集成1M二级缓存,可以用于单路到8路CPU服务器。Sledgehammer集成内存控制器,比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时,支持双通道DDR内存,由于是服务器CPU,当然支持ECC校验。

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Hyper Transport总线,内置1个128bit的内存控制器。采用Socket 754、Socket 940和Socket 939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AMD Athlon 64CPU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。

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Socket A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Socket 754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,不过是32位的。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。

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八、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CPU GPRs(General-Purpose Registers,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(Reduced Instruction Set Computing,精简指令集计算机)很早就有64bit处理器了,比如SUN公司的UltraSparc Ⅲ、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。

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Itanium 2,一般用户不会涉及到,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
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-bit x86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-bit XMM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Extended Memory 64 Technology,即扩展64bit内存技术。EM64T是Intel IA-32架构的扩展,即IA-32e(Intel Architectur-32 extension)。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32 bit线性地址写入。EM64T特别强调的是对32 bit和64 bit的兼容性。Intel为新核心增加了8个64 bit GPRs(R8-R15),并且把原有GRPs全部扩展为64 bit,如前文所述这样可以提高整数运算能力。增加8个128bit SSE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(legacy IA-32 mode)和IA-32e扩展模式(IA-32e mode)。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(extended feature enable register,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-32e mode active)或长模式有效(long mode active,LMA)。当LMA=0时,处理器便作为一颗标准的32 bit(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Athlon 64系列、Athlon FX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Prescott 2M核心的Pentium 4 6系列和使用Prescott 2M核心的P4 EE系列。

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九、前端总线
总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说,就是多个部件间的公共连线,用于在各个部件之间传输信息。人们常常以MHz表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多,前端总线的英文名字是Front Side Bus,通常用FSB表示,是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。

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。

外频与前端总线频率的区别:前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PIC及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时),前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术,或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。此外,在前端总线中比较特殊的是AMD64的HyperTransport。

目前各种CPU的前端总线频率(FSB):

Intel平台:
Willamette核心CPU:
  所有Willamette核心CPU的FSB都是400MHz FSB。

Northwood核心CPU:
  相对于Willamette核心CPU,Northwood核心CPU的前端总线频率则非常复杂,400MHz、533MHz和800MHz都有。其中,Celeron全部都是400MHz FSB;Pentium 4方面,1.6GHz-2.8GHz都有400MHz FSB的产品,例如1.8A、2.0A等等,Pentium 4型号后面带有"B"字样的则是533MHz FSB,带有"C"字样的则是800MHz FSB。

Prescott核心CPU:
  Prescott核心的Celeron D,无论是Socket 478接口还是Socket 775接口,全部都是533MHz FSB。
  Socket 478接口的Pentium 4方面,2.4A和2.8A是533MHz FSB,其余的Socket 478 Pentium 4都是800MHz FSB,在产品型号后面带有"E"字样。
  Socket 775接口的Pentium 4 5XX系列方面,编号尾数为"5"的是533MHz FSB,例如Pentium 4 505/515;编号尾数为"0"的是800MHz FSB,例如Pentium 4 520/530/540等等。即将推出的Pentium 4 6XX系列CPU则都是800MHz FSB。

Pentium 4至尊版(即Pentium 4 EE,又称Pentium 4 XE):
  所有Socket 478接口的Pentium 4 EE都是800MHz FSB。而Socket 775接口的Pentium 4 EE,3.4GHz是800MHz FSB,而3.46GHz则是1066MHz FSB,这是目前PC上最高的前端总线频率,而且今后推出的所有Pentium 4 EE都会采用1066MHz FSB。

Xeon和Xeon MP:
  所有Xeon MP都是400MHz FSB;Socket 603接口的Xeon也是400MHz FSB;Socket 604接口的Xeon中,支持Intel 64位计算技术EM64T的Xeon是800MHz FSB,而不支持EM64T的Xeon则是533MHz FSB。

AMD平台
Socket A平台:
  Socket A接口的Sempron是333MHz FSB,Socket 754接口的Sempron部分是333MHz FSB,使用0.09微米工艺的Sempron是800MHz FSB;Athlon XP方面,Palomino核心为266MHz FSB,Thoroughbred核心为266MHz和333MHz FSB,Barton核心为333MHz和400MHz FSB,而Thorton核心则为333MHz FSB。

AMD64平台:
  Socket 754接口CPU的HyperTransport频率是800MHz;Socket 939接口CPU的HyperTransport频率是1000MHz;而Socket 940接口CPU的HyperTransport频率也是800MHz。

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十、外频
外频是CPU乃至整个计算机系统的基准频率,单位是MHz(兆赫兹)。在早期的电脑中,内存与主板之间的同步运行的速度等于外频,在这种方式下,可以理解为CPU外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态。对于目前的计算机系统来说,两者完全可以不相同,但是外频的意义仍然存在,计算机系统中大多数的频率都是在外频的基础上,乘以一定的倍数来实现,这个倍数可以是大于1的,也可以是小于1的。

说到处理器外频,就要提到与之密切相关的两个概念:倍频与主频,主频就是CPU的时钟频率;倍频即主频与外频之比的倍数。主频、外频、倍频,其关系式:主频=外频×倍频。

在486之前,CPU的主频还处于一个较低的阶段,CPU的主频一般都等于外频。而在486出现以后,由于CPU工作频率不断提高,而PC机的一些其他设备(如插卡、硬盘等)却受到工艺的限制,不能承受更高的频率,因此限制了CPU频率的进一步提高。因此出现了倍频技术,该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数,从而通过提升倍频而达到提升主频的目的。倍频技术就是使外部设备可以工作在一个较低外频上,而CPU主频是外频的倍数。

在Pentium时代,CPU的外频一般是60/66MHz,从Pentium Ⅱ 350开始,CPU外频提高到100MHz,目前CPU外频已经达到了200MHz。由于正常情况下外频和内存总线频率相同,所以当CPU外频提高后,与内存之间的交换速度也相应得到了提高,对提高电脑整体运行速度影响较大。

外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈。前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PIC及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时),前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术,或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。

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十一、倍频
  CPU的倍频,全称是倍频系数。CPU的核心工作频率与外频之间存在着一个比值关系,这个比值就是倍频系数,简称倍频。理论上倍频是从1.5一直到无限的,但需要注意的是,倍频是以0.5为一个间隔单位。外频与倍频相乘就是主频,所以其中任何一项提高都可以使CPU的主频上升。

  原先并没有倍频概念,CPU的主频和系统总线的速度是一样的,但CPU的速度越来越快,倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上,而CPU速度可以通过倍频来无限提升。那么CPU主频的计算方式变为:主频 = 外频 x 倍频。也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数,当外频不变时,提高倍频,CPU主频也就越高。

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十二、制作工艺
  通常我们所说的CPU的“制作工艺”指得是在生产CPU过程中,要进行加工各种电路和电子元件,制造导线连接各个元器件。通常其生产的精度以微米(长度单位,1微米等于千分之一毫米)来表示,未来有向纳米(1纳米等于千分之一微米)发展的趋势,精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件,连接线也越细,提高CPU的集成度,CPU的功耗也越小。

  制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展,。密度愈高的IC电路设计,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进,使得器件的特征尺寸不断缩小,从而集成度不断提高,功耗降低,器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后,从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米,而0.09微米的制造工艺将是下一代CPU的发展目标。

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十三、二级缓存容量
  CPU缓存(Cache Memoney)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(Data Cache,D-Cache)和指令缓存(Instruction Cache,I-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Pentium 4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64KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB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。

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十四、核心电压
  CPU的工作电压(Supply Voltage),即CPU正常工作所需的电压。任何电器在工作的时候都需要电,自然也有对应额定电压,CPU也不例外。目前CPU的工作电压有一个非常明显的下降趋势,较低的工作电压主要三个优点:
采用低电压的CPU的芯片总功耗降低了。功耗降低,系统的运行成本就相应降低,这对于便携式和移动系统来说非常重要,使其现有的电池可以工作更长时间,从而使电池的使用寿命大大延长;
功耗降低,致使发热量减少,运行温度不过高的CPU可以与系统更好的配合;
降低电压是CPU主频提高的重要因素之一。
  CPU的工作电压分为两个方面,CPU的核心电压与I/O电压。核心电压即驱动CPU核心芯片的电压,I/O电压则指驱动I/O电路的电压。通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。

  早期CPU(286~486时代)的核心电压与I/O一致,通常为5V,由于当时的制造工艺相对落后,以致CPU的发热量过大,导致其寿命缩短。不过那时的CPU集成度很低,而目前的CPU集成度相当高,因此显得现在的CPU发热量更大。随着CPU的制造工艺提高,近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势,目前台式机用CPU核电压通常为2V以内,笔记本专用CPU的工作电压相对更低,从而达到大幅减少功耗的目的,以延长电池的使用寿命,并降低了CPU发热量。而且现在的CPU会通过特殊的电压ID(VID)引脚来指示主板中嵌入的电压调节器自动设置正确的电压级别。

  许多面向新款CPU的主板都会提供特殊的跳线或者软件设置,通过这些跳线或软件,可以根据具体需要手动调节CPU的工作电压。很多实验表明在超频的时候适度提高核心电压,可以加强CPU内部信号,对CPU性能的提升会有很大帮助——但这样也会提高CPU的功耗,影响其寿命及发热量,建议一般用户不要进行此方面的操作。

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十五、超线程技术
  CPU生产商为了提高CPU的性能,通常做法是提高CPU的时钟频率和增加缓存容量。不过目前CPU的频率越来越快,如果再通过提升CPU频率和增加缓存的方法来提高性能,往往会受到制造工艺上的限制以及成本过高的制约。

  尽管提高CPU的时钟频率和增加缓存容量后的确可以改善性能,但这样的CPU性能提高在技术上存在较大的难度。实际上在应用中基于很多原因,CPU的执行单元都没有被充分使用。如果CPU不能正常读取数据(总线/内存的瓶颈),其执行单元利用率会明显下降。另外就是目前大多数执行线程缺乏ILP(Instruction-Level Parallelism,多种指令同时执行)支持。这些都造成了目前CPU的性能没有得到全部的发挥。因此,Intel则采用另一个思路去提高CPU的性能,让CPU可以同时执行多重线程,就能够让CPU发挥更大效率,即所谓“超线程(Hyper-Threading,简称“HT”)”技术。超线程技术就是利用特殊的硬件指令,把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,让单个处理器都能使用线程级并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件,减少了CPU的闲置时间,提高的CPU的运行效率。

  采用超线程及时可在同一时间里,应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令,但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而超线程技术可以使芯片同时进行多线程处理,使芯片性能得到提升。

  超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源,理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程,P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer(逻辑处理单元)。因此新一代的P4 HT的die的面积比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU(整数运算单元)、FPU(浮点运算单元)、L2 Cache(二级缓存)则保持不变,这些部分是被分享的。

  虽然采用超线程技术能同时执行两个线程,但它并不象两个真正的CPU那样,每各CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时,其中一个要暂时停止,并让出资源,直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。

  英特尔P4 超线程有两个运行模式,Single Task Mode(单任务模式)及Multi Task Mode(多任务模式),当程序不支持Multi-Processing(多处理器作业)时,系统会停止其中一个逻辑CPU的运行,把资源集中于单个逻辑CPU中,让单线程程序不会因其中一个逻辑CPU闲置而减低性能,但由于被停止运行的逻辑CPU还是会等待工作,占用一定的资源,因此Hyper-Threading CPU运行Single Task Mode程序模式时,有可能达不到不带超线程功能的CPU性能,但性能差距不会太大。也就是说,当运行单线程运用软件时,超线程技术甚至会降低系统性能,尤其在多线程操作系统运行单线程软件时容易出现此问题。

  需要注意的是,含有超线程技术的CPU需要芯片组、软件支持,才能比较理想的发挥该项技术的优势。目前支持超线程技术的芯片组包括如:英特尔i845GE、PE及矽统iSR658 RDRAM、SiS645DX、SiS651可直接支持超线程;英特尔i845E、i850E通过升级BIOS后可支持;威盛P4X400、P4X400A可支持,但未获得正式授权。操作系统如:Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 2003,Linux kernel 2.4.x以后的版本也支持超线程技术。

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十六、3D Now
  由AMD公司提出的3DNow!指令集应该说出现在SSE指令集之前,并被AMD广泛应用于其K6-2 、K6-3以及Athlon(K7)处理器上。3DNow!指令集技术其实就是21条机器码的扩展指令集。

  与Intel公司的MMX技术侧重于整数运算有所不同,3DNow!指令集主要针对三维建模、坐标变换 和效果渲染等三维应用场合,在软件的配合下,可以大幅度提高3D处理性能。后来在Athlon上开发了Enhanced 3DNow!。这些AMD标准的SIMD指令和Intel的SSE具有相同效能。因为受到Intel在商业上以及Pentium III成功的影响,软件在支持SSE上比起3DNow!更为普遍。Enhanced 3DNow!AMD公司继续增加至52个指令,包含了一些SSE码,因而在针对SSE做最佳化的软件中能获得更好的效能。

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十七、多媒体指令集
  CPU依靠指令来计算和控制系统,每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标,指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲,指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分,而从具体运用看,如Intel的MMX(Multi Media Extended)、SSE、 SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集,分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集"。

1、精简指令集的运用

  在最初发明计算机的数十年里,随着计算机功能日趋增大,性能日趋变强,内部元器件也越来越多,指令集日趋复杂,过于冗杂的指令严重的影响了计算机的工作效率。后来经过研究发现,在计算机中,80%程序只用到了20%的指令集,基于这一发现,RISC精简指令集被提了出来,这是计算机系统架构的一次深刻革命。RISC体系结构的基本思路是:抓住CISC指令系统指令种类太多、指令格式不规范、寻址方式太多的缺点,通过减少指令种类、规范指令格式和简化寻址方式,方便处理器内部的并行处理,提高VLSI器件的使用效率,从而大幅度地提高处理器的性能。

  RISC指令集有许多特征,其中最重要的有:

指令种类少,指令格式规范:RISC指令集通常只使用一种或少数几种格式。指令长度单一(一般4个字节),并且在字边界上对齐。字段位置、特别是操作码的位置是固定的。
寻址方式简化:几乎所有指令都使用寄存器寻址方式,寻址方式总数一般不超过5个。其他更为复杂的寻址方式,如间接寻址等则由软件利用简单的寻址方式来合成。
大量利用寄存器间操作:RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器操作,只以简单的Load和Store操作访问内存。因此,每条指令中访问的内存地址不会超过1个,访问内存的操作不会与算术操作混在一起。
简化处理器结构:使用RISC指令集,可以大大简化处理器的控制器和其他功能单元的设计,不必使用大量专用寄存器,特别是允许以硬件线路来实现指令操作,而不必像CISC处理器那样使用微程序来实现指令操作。因此RISC处理器不必像CISC处理器那样设置微程序控制存储器,就能够快速地直接执行指令。
便于使用VLSI技术:随着LSI和VLSI技术的发展,整个处理器(甚至多个处理器)都可以放在一个芯片上。RISC体系结构可以给设计单芯片处理器带来很多好处,有利于提高性能,简化VLSI芯片的设计和实现。基于VLSI技术,制造RISC处理器要比CISC处理器工作量小得多,成本也低得多。
加强了处理器并行能力:RISC指令集能够非常有效地适合于采用流水线、超流水线和超标量技术,从而实现指令级并行操作,提高处理器的性能。目前常用的处理器内部并行操作技术基本上是基于RISC体系结构发展和走向成熟的。
  正由于RISC体系所具有的优势,它在高端系统得到了广泛的应用,而CISC体系则在桌面系统中占据统治地位。而在如今,在桌面领域,RISC也不断渗透,预计未来,RISC将要一统江湖。

2、CPU的扩展指令集

  对于CPU来说,在基本功能方面,它们的差别并不太大,基本的指令集也都差不多,但是许多厂家为了提升某一方面性能,又开发了扩展指令集,扩展指令集定义了新的数据和指令,能够大大提高某方面数据处理能力,但必需要有软件支持。

MMX 指令集
  MMX(Multi Media eXtension,多媒体扩展指令集)指令集是Intel公司于1996年推出的一项多媒体指令增强技术。MMX指令集中包括有57条多媒体指令,通过这些指令可以一次处理多个数据,在处理结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理,这样在软件的配合下,就可以得到更高的性能。MMX的益处在于,当时存在的操作系统不必为此而做出任何修改便可以轻松地执行MMX程序。但是,问题也比较明显,那就是MMX指令集与x87浮点运算指令不能够同时执行,必须做密集式的交错切换才可以正常执行,这种情况就势必造成整个系统运行质量的下降。

SSE指令集
  SSE(Streaming SIMD Extensions,单指令多数据流扩展)指令集是Intel在Pentium III处理器中率先推出的。其实,早在PIII正式推出之前,Intel公司就曾经通过各种渠道公布过所谓的KNI(Katmai New Instruction)指令集,这个指令集也就是SSE指令集的前身,并一度被很多传媒称之为MMX指令集的下一个版本,即MMX2指令集。究其背景,原来"KNI"指令集是Intel公司最早为其下一代芯片命名的指令集名称,而所谓的"MMX2"则完全是硬件评论家们和媒体凭感觉和印象对"KNI"的 评价,Intel公司从未正式发布过关于MMX2的消息。

  而最终推出的SSE指令集也就是所谓胜出的"互联网SSE"指令集。SSE指令集包括了70条指令,其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD(单指令多数据技术)浮点运算指令、12条MMX 整数运算增强指令、8条优化内存中连续数据块传输指令。理论上这些指令对目前流行的图像处理、浮点运算、3D运算、视频处理、音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用。S SE指令与3DNow!指令彼此互不兼容,但SSE包含了3DNow!技术的绝大部分功能,只是实现的方法不同。SSE兼容MMX指令,它可以通过SIMD和单时钟周期并行处理多个浮点数据来有效地提高浮点运算速度。

  在后来Intel为了应对AMD的3Dnow!+指令集,又在SSE的基础上开发了SSE2,增加了一些指令,使得其P4处理器性能有大幅度提高。到P4设计结束为止,Intel增加了一套包括144条新建指令的SSE2指令集。像最早的SIMD扩展指令集,SSE2涉及了多重的数据目标上立刻执行一单个的指令(即SIMD,一个计算低工控最好的方法是让每指令执行更多的工作)。最重要的是SSE2能处理128位和两倍精密浮点数学运算。处理更精确浮点数的能力使SSE2成为加速多媒体程序、3D处理工程以及工作站类型任务的基础配置。但重要的是软件是否能适当的优化利用它。

3D Now !指令集
  由AMD公司提出的3DNow!指令集应该说出现在SSE指令集之前,并被AMD广泛应用于其K6-2 、K6-3以及Athlon(K7)处理器上。3DNow!指令集技术其实就是21条机器码的扩展指令集。

  与Intel公司的MMX技术侧重于整数运算有所不同,3DNow!指令集主要针对三维建模、坐标变换 和效果渲染等三维应用场合,在软件的配合下,可以大幅度提高3D处理性能。后来在Athlon上开发了Enhanced 3DNow!。这些AMD标准的SIMD指令和Intel的SSE具有相同效能。因为受到Intel在商业上以及Pentium III成功的影响,软件在支持SSE上比起3DNow!更为普遍。Enhanced 3DNow!AMD公司继续增加至52个指令,包含了一些SSE码,因而在针对SSE做最佳化的软件中能获得更好的效能。
主板篇

一、适用类型
  主板适用类型,是指该主板所适用的应用类型。针对不同用户的不同需求、不同应用范围,主板被设计成各不相同的类型,即分为台式机主板和服务器/工作站主板。

台式机主板
  台式机主板,就是平常大部分场合所提到的应用于PC的主板,板型是ATX或Micro ATX结构,使用普通的机箱电源,采用的是台式机芯片组,只支持单CPU,内存最大只能支持到4GB,而且一般都不支持ECC内存。存储设备接口也是采用IDE或SATA接口,某些高档产品会支持RAID。显卡接口多半都是采用AGP 4X或AGP 8X,某些高档产品也会采用AGP Pro接口以支持某些高能耗的高档显卡。扩展接口也比较丰富,有多个USB2.0/1.1,IEEE1394,COM,LPT,IrDA等接口以满足用户的不同需求。扩展插槽的类型和数量也比较多,有多个PCI,CNR,AMR等插槽适应用户的需求。部分带有整合的网卡芯片,有低档的10/100Mbps自适应网卡,也有高档的千兆网卡。在价格方面,既有几百元的入门级或主流产品,也有一二千元的高档产品以满足不同用户的需求,。台式机主板的生产厂商和品牌也非常多,市场上常见的就有几十种之多。

服务器/工作站主板
  服务器/工作站主板,则是专用于服务器/工作站的主板产品,板型为较大的ATX,EATX或WATX,使用专用的服务器机箱电源。其中,某些低端的入门级产品会采用高端的台式机芯片组,例如英特尔的I875P芯片组就被广泛用在低端入门级产品上;而中高端产品则都会采用专用的服务器/工作站芯片组,例如英特尔 E7501,Sever Works GC-SL等芯片组。对服务器/工作站主板而言,最重要的是高可靠性和稳定性,其次才是高性能。因为大多数的服务器都要满足每天24小时、每周7天的满负荷工作要求。由于服务器/工作站数据处理量很大,需要采用多CPU并行处理结构,即一台服务器/工作站中安装2、4、8等多个CPU;对于服务器而言,多处理器可用于数据库处理等高负荷高速度应用;而对于工作站,多处理器系统则可以用于三维图形制作和动画文件编码等单处理器无法实现的高处理速度应用。为适应长时间,大流量的高速数据处理任务,在内存方面,服务器/工作站主板能支持高达十几GB甚至几十GB的内存容量,而且大多支持ECC内存以提高可靠性。

服务器主板
  服务器主板在存储设备接口方面,中高端产品也多采用SCSI接口而非IDE接口,并且支持RAID方式以提高数据处理能力和数据安全性。在显示设备方面,服务器与工作站有很大不同,服务器对显示设备要求不高,一般多采用整合显卡的芯片组,例如在许多服务器芯片组中都整合有ATI的RAGE XL显示芯片,要求稍高点的采用普通的AGP显卡,甚至是PCI显卡;而图形工作站对显卡的要求非常高,主板上的显卡接口也多采用AGP Pro 150,而且多采用高端的3DLabs、ATI等显卡公司的专业显卡,如3DLabs的“野猫”系列显卡,中低端则采用NVIDIA的Quandro系列以及ATI的Fire GL系列显卡等等。在扩展插槽方面,服务器/工作站主板与台式机主板也有所不同,例如PCI插槽,台式机主板采用的是标准的33MHz的32位PCI插槽,而服务器/工作站主板则多采用64位的PCI X-66甚至PCI X-133,其工作频率分别为66MHz和133MHz,数据传输带宽得到了极大的提高,并且支持热插拔,其电气规范以及外型尺寸都与普通的PCI插槽不同。在网络接口方面,服务器/工作站主板也与台式机主板不同,服务器主板大多配备双网卡,甚至是双千兆网卡以满足局域网与Internet的不同需求。服务器主板技术要求非常高,所以与台式机主板相比,生产厂商也就少得多了,比较出名的也就是英特尔、超微、华硕、技嘉、泰安、艾崴等品牌,在价格方面,从一千多元的入门级产品到几万元甚至十几万元的高档产品都有。

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二、芯片组
  芯片组(Chipset)是主板的核心组成部分,如果说中央处理器(CPU)是整个电脑系统的心脏,那么芯片组将是整个身体的躯干。在电脑界称设计芯片组的厂家为Core Logic,Core的中文意义是核心或中心,光从字面的意义就足以看出其重要性。对于主板而言,芯片组几乎决定了这块主板的功能,进而影响到整个电脑系统性能的发挥,芯片组是主板的灵魂。芯片组性能的优劣,决定了主板性能的好坏与级别的高低。这是因为目前CPU的型号与种类繁多、功能特点不一,如果芯片组不能与CPU良好地协同工作,将严重地影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。

  主板芯片组几乎决定着主板的全部功能,其中CPU的类型、主板的系统总线频率,内存类型、容量和性能,显卡插槽规格是由芯片组中的北桥芯片决定的;而扩展槽的种类与数量、扩展接口的类型和数量(如USB2.0/1.1,IEEE1394,串口,并口,笔记本的VGA输出接口)等,是由芯片组的南桥决定的。还有些芯片组由于纳入了3D加速显示(集成显示芯片)、AC'97声音解码等功能,还决定着计算机系统的显示性能和音频播放性能等。

  现在的芯片组,是由过去286时代的所谓超大规模集成电路:门阵列控制芯片演变而来的。芯片组的分类,按用途可分为服务器/工作站,台式机、笔记本等类型,按芯片数量可分为单芯片芯片组,标准的南、北桥芯片组和多芯片芯片组(主要用于高档服务器/工作站),按整合程度的高低,还可分为整合型芯片组和非整合型芯片组等等。

  台式机芯片组要求有强大的性能,良好的兼容性,互换性和扩展性,对性价比要求也最高,并适度考虑用户在一定时间内的可升级性,扩展能力在三者中最高。在最早期的笔记本设计中并没有单独的笔记本芯片组,均采用与台式机相同的芯片组,随着技术的发展,笔记本专用CPU的出现,就有了与之配套的笔记本专用芯片组。笔记本芯片组要求较低的能耗,良好的稳定性,但综合性能和扩展能力在三者中却也是最低的。服务器/工作站芯片组的综合性能和稳定性在三者中最高,部分产品甚至要求全年满负荷工作,在支持的内存容量方面也是三者中最高,能支持高达十几GB甚至几十GB的内存容量,而且其对数据传输速度和数据安全性要求最高,所以其存储设备也多采用SCSI接口而非IDE接口,而且多采用RAID方式提高性能和保证数据的安全性。

  到目前为止,能够生产芯片组的厂家有英特尔(美国)、VIA(中国台湾)、SiS(中国台湾)、ALi(中国台湾)、AMD(美国)、NVIDIA(美国)、ATI(加拿大)、Server Works(美国)等几家,其中以英特尔和VIA的芯片组最为常见。在台式机的英特尔平台上,英特尔自家的芯片组占有最大的市场份额,而且产品线齐全,高、中、低端以及整合型产品都有,VIA、SIS、ALI和最新加入的ATI几家加起来都只能占有比较小的市场份额,而且主要是在中低端和整合领域。在AMD平台上,AMD自身通常是扮演一个开路先锋的角色,产品少,市场份额也很小,而VIA却占有AMD平台芯片组最大的市场份额,但现在却收到受到后起之秀NVIDIA的强劲挑战,后者凭借其nForce2芯片组的强大性能,成为AMD平台最优秀的芯片组产品,进而从VIA手里夺得了许多市场份额,。而SIS与ALi依旧是扮演配角,主要也是在中、低端和整合领域。笔记本方面,英特尔平台具有绝对的优势,所以英特尔的笔记本芯片组也占据了最大的市场分额,其它厂家都只能扮演配角以及为市场份额极小的AMD平台设计产品。服务器/工作站方面,英特尔平台更是绝对的优势地位,英特尔自家的服务器芯片组产品占据着绝大多数中、低端市场,而Server Works由于获得了英特尔的授权,在中高端领域占有最大的市场份额,甚至英特尔原厂服务器主板也有采用Server Works芯片组的产品,在服务器/工作站芯片组领域,Server Works芯片组就意味着高性能产品;而AMD服务器/工作站平台由于市场份额较小,主要都是采用AMD自家的芯片组产品。

  芯片组的技术这几年来也是突飞猛进,从ISA、PCI到AGP,从ATA到SATA,Ultra DMA技术,双通道内存技术,高速前端总线等等 ,每一次新技术的进步都带来电脑性能的提高。2004年,芯片组技术又会面临重大变革,最引人注目的就是PCI Express总线技术,它将取代PCI和AGP,极大的提高设备带宽,从而带来一场电脑技术的革命。另一方面,芯片组技术也在向着高整合性方向发展,例如AMD Athlon 64 CPU内部已经整合了内存控制器,这大大降低了芯片组厂家设计产品的难度,而且现在的芯片组产品已经整合了音频,网络,SATA,RAID等功能,大大降低了用户的成本。

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三、支持CPU类型
  是指能在该主板上所采用的CPU类型。CPU的发展速度相当快,不同时期CPU的类型是不同的,而主板支持此类型就代表着属于此类的CPU大多能在该主板上运行(在主板所能支持的CPU频率限制范围内)。CPU类型从早期的386、486、Pentium、K5、K6、K6-2、Pentium II、Pentium III等,到今天的Pentium 4、Duron、AthlonXP、至强(XEON)、Athlon 64经历了很多代的改进。每种类型的CPU在针脚、主频、工作电压、接口类型、封装等方面都有差异,尤其在速度性能上差异很大。只有购买与主板支持CPU类型相同的CPU,二者才能配套工作。

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四、CPU插槽类型
  我们知道,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。不同类型的CPU具有不同的CPU插槽,因此选择CPU,就必须选择带有与之对应插槽类型的主板。主板CPU插槽类型不同,在插孔数、体积、形状都有变化,所以不能互相接插。

主要家用级(423、370和SLOT1已经淘汰,但目前还有不少办公机是用这些类型):
Socket 775又称为Socket T,是目前应用于Intel LGA775封装的CPU所对应的处理器插槽,能支持LGA775封装的Pentium 4、Pentium 4 EE、Celeron D等CPU。Socket 775插槽与目前广泛采用的Socket 478插槽明显不同,非常复杂,没有Socket 478插槽那样的CPU针脚插孔,取而代之的是775根有弹性的触须状针脚(其实是非常纤细的弯曲的弹性金属丝),通过与CPU底部对应的触点相接触而获得信号。因为触点有775个,比以前的Socket 478的478pin增加不少,封装的尺寸也有所增大,为37.5mm×37.5mm。另外,与以前的Socket 478/423/370等插槽采用工程塑料制造不同,Socket 775插槽为全金属制造,原因在于这种新的CPU的固定方式对插槽的强度有较高的要求,并且新的prescott核心的CPU的功率增加很多,CPU的表面温度也提高不少,金属材质的插槽比较耐得住高温。在插槽的盖子上还卡着一块保护盖。
  Socket 775插槽由于其内部的触针非常柔软和纤薄,如果在安装的时候用力不当就非常容易造成触针的损坏;其针脚实在是太容易变形了,相邻的针脚很容易搭在一起,而短路有时候会引起烧毁设备的可怕后果;此外,过多地拆卸CPU也将导致触针失去弹性进而造成硬件方面的彻底损坏,这是其目前的最大缺点。
  目前,采用Socket 775插槽的主板数量并不太多,主要是Intel 915/925系列芯片组主板,也有采用比较成熟的老芯片组例如Intel 865/875/848系列以及VIA PT800/PT880等芯片组的主板。不过随着Intel加大LGA775平台的推广力度,Socket 775插槽最终将会取代Socket 478插槽,成为Intel平台的主流CPU插槽。

Socket 754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的标准插槽,是目前低端的Athlon 64和高端的Sempron所对应的插槽标准,具有754个CPU针脚插孔,支持200MHz外频和800MHz的HyperTransport总线频率,但不支持双通道内存技术。
  Socket 754是目前广泛采用的AMD64位平台标准,与之配套的主板非常多。关于Socket 754的前途目前众说纷纭,有说随着Socket 939的普及,Socket 754最终会被完全淘汰;也有说Socket 754接口的Athlon 64将会完全停产而只保留Socket 754接口的Sempron的......不管究竟是怎么样,由于AMD64平台的插槽标准过多,而且互不兼容,Socket 754应该会逐渐被Socket 939所取代。

  Socket 939是AMD公司2004年6月才发布的64位桌面平台标准,是目前高端的Athlon 64以及Athlon 64 FX所对应的插槽标准,具有939个CPU针脚插孔,支持200MHz外频和1000MHz的HyperTransport总线频率,并且支持双通道内存技术。
  Socket 939目前的配套主板也逐渐增多,将是AMD64位桌面平台以后的主流平台。

  Socket 478插槽是目前Pentium 4系列处理器所采用的接口类型,针脚数为478针。Socket 478的Pentium 4处理器面积很小,其针脚排列极为紧密。采用Socket 478插槽的主板产品数量众多,是目前应用最为广泛的插槽类型。

  Socket A接口,也叫Socket 462,是目前AMD公司Athlon XP和Duron处理器的插座标准。Socket A接口具有462插空,可以支持133MHz外频。如同Socket 370一样,降低了制造成本,简化了结构设计。

Socket 423插槽是最初Pentium 4处理器的标准接口,Socket 423的外形和前几种Socket类的插槽类似,对应的CPU针脚数为423。Socket 423插槽多是基于Intel 850芯片组主板,支持1.3GHz~1.8GHz的Pentium 4处理器。不过随着DDR内存的流行,英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i845芯片组,CPU插槽也改成了Socket 478,Socket 423插槽也就销声匿迹了。

Socket 370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构,外观上与Socket 7非常像,也采用零插拔力插槽,对应的CPU是370针脚。

SLOT 1是英特尔公司为取代Socket 7而开发的CPU接口,并申请的专利。这样其它厂商就无法生产SLOT 1接口的产品,也就使得AMD、VIA、SIS等公司不得不联合起来,对Socket 7接口升级,也得到了Super 7接口。后来随着Super 7接口的兴起,英特尔又将SLOT 1结构主板的制造授权提供给了VIA、SIS、ALI等主板厂商,所以这些厂商也相应推出了采用SLOT 1接口的系列主板,丰富了主板市场。
  SLOT 1是英特尔公司为Pentium Ⅱ系列CPU设计的插槽,其将Pentium Ⅱ CPU及其相关控制电路、二级缓存都做在一块子卡上,多数Slot 1主板使用100MHz外频。SLOT 1的技术结构比较先进,能提供更大的内部传输带宽和CPU性能。采用SLOT 1接口的主板芯片组有Intel的BX、i810、i820系列及VIA的Apollo系列,ALI 的Aladdin Pro Ⅱ系列及SIS的620、630系列等。此种接口已经被淘汰,市面上已无此类接口的主板产品。

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五、超线程技术(主板方面)
CPU生产商为了提高CPU的性能,通常做法是提高CPU的时钟频率和增加缓存容量。不过目前CPU的频率越来越快,如果再通过提升CPU频率和增加缓存的方法来提高性能,往往会受到制造工艺上的限制以及成本过高的制约。

  尽管提高CPU的时钟频率和增加缓存容量后的确可以改善性能,但这样的CPU性能提高在技术上存在较大的难度。实际上在应用中基于很多原因,CPU的执行单元都没有被充分使用。如果CPU不能正常读取数据(总线/内存的瓶颈),其执行单元利用率会明显下降。另外就是目前大多数执行线程缺乏ILP(Instruction-Level Parallelism,多种指令同时执行)支持。这些都造成了目前CPU的性能没有得到全部的发挥。因此,Intel则采用另一个思路去提高CPU的性能,让CPU可以同时执行多重线程,就能够让CPU发挥更大效率,即所谓“超线程(Hyper-Threading,简称“HT”)”技术。超线程技术就是利用特殊的硬件指令,把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,让单个处理器都能使用线程级并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件,减少了CPU的闲置时间,提高的CPU的运行效率。

  采用超线程及时可在同一时间里,应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令,但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而超线程技术可以使芯片同时进行多线程处理,使芯片性能得到提升。

  超线程技术是在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源,理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程,P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer(逻辑处理单元)。因此新一代的P4 HT的die的面积比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU(整数运算单元)、FPU(浮点运算单元)、L2 Cache(二级缓存)则保持不变,这些部分是被分享的。

  虽然采用超线程技术能同时执行两个线程,但它并不象两个真正的CPU那样,每个CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时,其中一个要暂时停止,并让出资源,直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。

  英特尔P4 超线程有两个运行模式,Single Task Mode(单任务模式)及Multi Task Mode(多任务模式),当程序不支持Multi-Processing(多处理器作业)时,系统会停止其中一个逻辑CPU的运行,把资源集中于单个逻辑CPU中,让单线程程序不会因其中一个逻辑CPU闲置而减低性能,但由于被停止运行的逻辑CPU还是会等待工作,占用一定的资源,因此Hyper-Threading CPU运行Single Task Mode程序模式时,有可能达不到不带超线程功能的CPU性能,但性能差距不会太大。也就是说,当运行单线程运用软件时,超线程技术甚至会降低系统性能,尤其在多线程操作系统运行单线程软件时容易出现此问题。

  需要注意的是,含有超线程技术的CPU需要芯片组、软件支持,才能比较理想的发挥该项技术的优势。操作系统如:Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 2003,Linux kernel 2.4.x以后的版本也支持超线程技术。目前支持超线程技术的芯片组包括如:

Intel芯片组:
  845、845D和845GL是不支持支持超线程技术的;845E芯片组自身是支持超线程技术的,但许多主板都需要升级BIOS才能支持;在845E之后推出的所有芯片组都支持支持超线程技术,例如845PE/GE/GV以及所有的865/875系列以及915/925系列芯片组都支持超线程技术。


VIA芯片组:
  P4X266、P4X266A、P4M266、P4X266E和P4X333是不支持支持超线程技术的,在P4X400之后推出的所有芯片组都支持支持超线程技术,例如P4X400、P4X533、PT800、PT880、PM800和PM880都支持超线程技术。


SIS芯片组:
  SIS645、SIS645DX、SIS650、SIS651和SIS648是不支持支持超线程技术的;SIS655、SIS648FX、SIS661FX、SIS655FX、SIS655TX、SIS649和SIS656则都支持超线程技术。


ULI芯片组:
  M1683和M1685都支持超线程技术。


ATI芯片组:
  ATI在Intel平台所推出的所有芯片组都支持超线程技术,包括Radeon 9100 IGP、Radeon 9100 Pro IGP和RX330。


nVidia芯片组:
  即将推出的nForce5系列芯片组都支持超线程技术。

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六、前端总线频率
总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说,就是多个部件间的公共连线,用于在各个部件之间传输信息。人们常常以MHz表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多,前端总线的英文名字是Front Side Bus,通常用FSB表示,是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。





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