計(jì)算機(jī)硬件入門的途徑之二

計(jì)算機(jī)常見術(shù)語的普及(1)—CPU

計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)入門的途徑之二2022/11/2Email:1CPU系列型號(hào)2022/11/2東北大學(xué)焦明海IntelE6700的CPU，頻率具有2.66GHz、1066MHz、4MBL2高速緩存、耗電量65W2CPU系列型號(hào)-參數(shù)2022/11/2東北大學(xué)焦明海型號(hào)Core2DuoE6700詳細(xì)參數(shù)適用類型：臺(tái)式機(jī)接口類型：LGA775核心類型：Conroe生產(chǎn)工藝：0.065um核心電壓：1.3V主頻：2.66GHz外頻：266MHz倍頻：10X一級(jí)緩存：L164K二級(jí)緩存：L24096K前端總線頻率：1066MHz支持36bit的物理尋址和48bit的虛擬內(nèi)存尋址其他：不支持Hyper-Threading(超線程)

64位處理器Virtualization(虛擬化)支持核心數(shù)量：雙核其它性能：MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSE4,EM64T指令集3CPU雙核起因2022/11/2東北大學(xué)焦明海奔騰D和奔騰E的來歷2006年底到2007年初，AMD連續(xù)推出了一系列的雙核產(chǎn)品，以其低廉的價(jià)格和較好的性價(jià)比搶占了中低端市場，而INTEL公司不愿降低酷睿雙核的價(jià)格去和AMD打這場戰(zhàn)役，于是選擇了把CPU縮水這條路子來降低成本，和AMD競爭中低端市場?？犷ｋp核標(biāo)識(shí)：intelcoreduo代表酷睿1代，延伸出奔騰Dintelcore2duo代表酷睿2代，面向中高端用戶，延伸出奔騰E4CPU系列型號(hào)2022/11/2東北大學(xué)焦明海雙核奔騰D和奔騰E在奔騰系列的臺(tái)式機(jī)里面有兩種雙核：一種誕生在酷睿2之前——奔騰D一種誕生在酷睿2之后——奔騰E奔騰D是蹩腳雙核，高頻低能，功耗發(fā)熱量極大，所以已經(jīng)淘汰了，現(xiàn)在基本買不到?？犷?——性能出色、低頻高能、低發(fā)熱量、低功耗、超頻性能好、價(jià)格昂貴,低端用戶難以承受，Intel推出了一系列閹割版的酷睿2，命名為奔騰E。含義：為了紀(jì)念奔騰系列過去的成就（否則奔騰系列早就淘汰了），所以奔騰E也就是酷睿2的低端系列，全面代替過去的奔騰D，奔騰E與酷睿2完全一樣，采用的是同樣的先進(jìn)架構(gòu)，只是主頻和二級(jí)緩存不同。5CPU系列型號(hào)2022/11/2東北大學(xué)焦明海Intel雙核型號(hào)IntelCeleronE1200IntelPentiumE2160IntelPentiumE2180IntelPentiumE2200IntelPentiumE5200IntelCore2DuoE7200IntelCore2DuoE8200IntelCore2DuoE8400IntelCore2QuadQ66004核酷睿2

2核奔騰E2核酷睿2IntelCore2Q6600時(shí)鐘頻率(GHz):2.40二級(jí)高速緩存容量(KB):4MB*2前端總線頻:1066MHz系統(tǒng)外頻:266MHz插槽結(jié)構(gòu):Socket775適用類型:臺(tái)式機(jī)CPUIntelCore2E8200生產(chǎn)工藝:0.045um主頻:2.66GHz二級(jí)緩存:L26144K前端總線頻率:1333MHz外頻333MHz適用類型:臺(tái)式機(jī)CPU6CPU級(jí)別系列2022/11/2東北大學(xué)焦明海AMD系列AthlonX2AthlonX2(左)與普通Athlon64(右)7CPU系列型號(hào)2022/11/2東北大學(xué)焦明海AMD雙核型號(hào)AMDAM2Athlon64X24600+AMDAM2Athlon64X25000+AMDAM2Athlon64X25200+AMDAM2Athlon64X25400+黑盒AMDAM2Athlon64X26000+AMDPhenomX38450AMDPhenomX495503核4核2核AM2Athlon64X25000+(65nm)/盒裝適用類型：臺(tái)式機(jī)接口類型：SocketAM2核心類型：Brisbane生產(chǎn)工藝：0.065um核心電壓：1.35V主頻：2.6GHz外頻：200MHz倍頻：13X一級(jí)緩存：L12*128K二級(jí)緩存：L22*512K前端總線頻率：1000MHzHyperTransport總線技術(shù)：支持HyperTransport總線技術(shù)Hyper-Threading(超線程)：不支持Hyper-Threading(超線程)8CPU系列型號(hào)2022/11/2東北大學(xué)焦明海92022/11/2東北大學(xué)焦明海2008年第41周CPU報(bào)價(jià)10.0610.0710.0810.0910.1010.1110.12漲跌AMDAM2Athlon64X25000+408408408408405405405↓3元IntelCore2DuoE7200780780780780800800800↑20元IntelPentiumE5200600600600600600600600-IntelPentiumE2180435435435435435435435-IntelCore2QuadQ66001340134013401340134013401340-AMDPhenomX38450645650650650650650650↑5元AMDPhenomX49550930930960960960960960↑30元IntelCore2DuoE82001100110011001100110011001100-IntelCore2DuoE84001230123012301230123012301230-AMDAM2Athlon64X26000+690690690690690690690-AMDAM2Athlon64X24600+375375375375375375375-IntelPentiumE2200520520520520520520520-IntelCeleronE1200290290290290290290290-IntelPentiumE2160405405405405405405405-AMDAM2Athlon64X25400+黑盒505505510510510510510↑5元AMDAM2Athlon64X25200+435435435435435435435-10內(nèi)部構(gòu)成2022/11/2東北大學(xué)焦明海雙核內(nèi)部提供了一個(gè)稱為SystemRequestQueue(系統(tǒng)請求隊(duì)列)的技術(shù)，在工作的時(shí)候每一個(gè)核心都將其請求放在SRQ中，當(dāng)獲得資源之后請求將會(huì)被送往相應(yīng)的執(zhí)行核心，也就是說所有的處理過程都在CPU核心范圍之內(nèi)完成，并不需要借助外部設(shè)備

11內(nèi)部構(gòu)成2022/11/2東北大學(xué)焦明海雙核AMD將兩個(gè)核心整合在同一片硅晶內(nèi)核之中，而Intel的雙核心處理方式則更像是簡單的將兩個(gè)核心做到一起而已。與Intel的雙核心架構(gòu)相比，AMD雙核心處理器系統(tǒng)不會(huì)在兩個(gè)核心之間存在傳輸瓶頸的問題。12常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海超線程超線程(HyperthreadingTechnology)技術(shù)就是通過采用特殊的硬件指令，把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片，實(shí)現(xiàn)模擬雙處理器的效能。從實(shí)質(zhì)上說，它是將單核CPU內(nèi)部暫時(shí)閑置處理資源充分“調(diào)動(dòng)”起來的技術(shù)。

雙核心CPU

在一塊CPU基板上集成兩個(gè)一樣功能處理器核心，并通過并行總線將各處理器核心連接起來。雙核心并不是一個(gè)新概念，而只是CMP(ChipMultiProcessors，單芯片多處理器)中最基本、最簡單、最容易實(shí)現(xiàn)的一種類型。雙CPU真正意義上的雙核心，不光是處理器核心是兩個(gè)，其他例如緩存等硬件配置也都是雙份的。132022/11/2東北大學(xué)焦明海三者關(guān)系舉例說明把CPU比做一套住房。超線程技術(shù)就相當(dāng)于把房間人為的通過添加屏風(fēng)或者推拉門劃分成兩小間，雖然表面上每間居住者可以自己單獨(dú)相處，但房間的資源被占用。雙核心就相當(dāng)于一套兩居室，房子里有兩個(gè)屋子，每個(gè)屋子都是獨(dú)立存在的，互不干擾。但是出門必須經(jīng)過同一大門，造成傳送瓶頸。142022/11/2東北大學(xué)焦明海三者關(guān)系舉例說明雙CPU就是兩套房子，每個(gè)房子有每個(gè)房子的大門，我們出入大門不會(huì)像超線程那樣共用一個(gè)門，也不會(huì)出現(xiàn)雙核心那樣一個(gè)房間因?yàn)槟承┰蛴绊懥硪婚g，即使某個(gè)房子播放音響也不會(huì)影響到另外一套房子。從價(jià)格上，單獨(dú)一個(gè)房間的超線程無疑最便宜的，而兩套房子的雙CPU的花費(fèi)是最貴。152022/11/2東北大學(xué)焦明海三者關(guān)系性能比較(舉例)假設(shè)CPU就是一個(gè)運(yùn)輸卡車，貨物就是我們要計(jì)算的信息，CPU運(yùn)算就類似于卡車運(yùn)輸貨物。同一時(shí)間運(yùn)送的貨物越多，說明CPU運(yùn)算能力越強(qiáng)。單CPU系統(tǒng)---相當(dāng)于一輛卡車在一條車道上跑。由于車少，所以運(yùn)輸能力有限。以往CPU生產(chǎn)廠商都是在不斷的提高卡車的載重即主頻來提高他的運(yùn)輸能力。162022/11/2東北大學(xué)焦明海三者關(guān)系性能比較(舉例)HT(超線程)系統(tǒng)---相當(dāng)于一輛雙層卡車在一條車道上跑。由于是雙層的，所以猛地一看以為是兩輛車在跑，其實(shí)只有一輛。不過因?yàn)殡p層涉及到車高以及捆綁等問題，有的時(shí)候遇到限高的橋梁，需要人為的將貨物卸下，手工搬運(yùn)。所以說HT超線程適用的條件比較苛刻。172022/11/2東北大學(xué)焦明海三者關(guān)系性能比較(舉例)雙核心CPU系統(tǒng)，相當(dāng)于兩輛卡車在一條車道上跑。雖然他運(yùn)輸?shù)呢浳锬芰μ岣吡?，而且也不?huì)頻繁產(chǎn)生類似于HT超線程那樣的沖突，但是因?yàn)樗麄兌荚谝粭l車道上跑，所以互相避讓減速的頻率要比雙CPU高得多。所以他的運(yùn)輸能力要比真正的雙CPU系統(tǒng)差。182022/11/2東北大學(xué)焦明海三者關(guān)系性能比較(舉例)雙CPU系統(tǒng)---相當(dāng)于兩輛卡車在兩條相交的車道上跑。每輛車大部分都在自己的路上跑，但偶爾會(huì)相遇、停車避讓。由于車多路寬，所以雙CPU運(yùn)輸能力最強(qiáng)。19常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海主頻CPU的主頻，即CPU內(nèi)核工作的時(shí)鐘頻率（CPUClockSpeed）。表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度，與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力并沒有直接關(guān)系。主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度存在一定的關(guān)系，但目前還沒有一個(gè)確定的公式能夠定量兩者的數(shù)值關(guān)系，因?yàn)镃PU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標(biāo)（緩存、指令集，CPU的位數(shù)等）。由于主頻并不直接代表運(yùn)算速度，所以在一定情況下，很可能會(huì)出現(xiàn)主頻較高的CPU實(shí)際運(yùn)算速度較低的現(xiàn)象。比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能已較低的主頻，達(dá)到英特爾公司的Pentium4系列CPU較高主頻的CPU性能。主頻僅是CPU性能表現(xiàn)的一方面，而不代表CPU的整體性能。20常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海主頻CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對于提高CPU運(yùn)算速度卻至關(guān)重要。舉例來說，假設(shè)某個(gè)CPU在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條運(yùn)算指令，那么當(dāng)CPU運(yùn)行在100MHz主頻時(shí)，將比它運(yùn)行在50MHz主頻時(shí)速度快一倍。因?yàn)?00MHz的時(shí)鐘周期比50MHz的時(shí)鐘周期占用時(shí)間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執(zhí)行一條運(yùn)算指令所需時(shí)間僅為10ns比工作在50MHz主頻時(shí)20ns縮短了一半，自然運(yùn)算速度也就快了一倍。電腦的整體運(yùn)行速度不僅取決于CPU運(yùn)算速度，還與其它各分系統(tǒng)的運(yùn)行情況有關(guān)，只有在提高主頻的同時(shí)，各分系統(tǒng)運(yùn)行速度和各分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度都得到提高后，電腦整體的運(yùn)行速度才能真正得到提高。21常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海主頻CPU的工作主頻主要受到生產(chǎn)工藝的限制。CPU是在半導(dǎo)體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導(dǎo)線進(jìn)行聯(lián)接，由于在高頻狀態(tài)下要求導(dǎo)線越細(xì)越短越好，這樣才能減小導(dǎo)線分布電容等雜散干擾以保證CPU運(yùn)算正確。制造工藝的限制，是CPU主頻發(fā)展的最大障礙之一。22常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海64位技術(shù)介紹64位技術(shù)是相對于32位而言的，這個(gè)位數(shù)指的是CPUGPRs（General-PurposeRegisters，通用寄存器）的數(shù)據(jù)寬度為64位，64位指令集就是運(yùn)行64位數(shù)據(jù)的指令，也就是說處理器一次可以運(yùn)行64bit數(shù)據(jù)。64bit處理器并非現(xiàn)在才有的，在高端的RISC（ReducedInstructionSetComputing，精簡指令集計(jì)算機(jī)）很早就有64bit處理器了，比如SUN公司的UltraSparcⅢ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。23常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海64位技術(shù)優(yōu)點(diǎn)64bit計(jì)算主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：1）可以進(jìn)行更大范圍的整數(shù)運(yùn)算；2）可以支持更大的內(nèi)存。不能因?yàn)閿?shù)字上的變化，而簡單的認(rèn)為64bit處理器的性能是32bit處理器性能的兩倍。實(shí)際在32bit應(yīng)用下，處理器設(shè)計(jì)的性能甚至?xí)鼜?qiáng)。主流CPU使用的64位技術(shù)主要有AMD公司的AMD64位技術(shù)、Intel公司的EM64T技術(shù)、和Intel公司的IA-64技術(shù)。其中IA-64是Intel獨(dú)立開發(fā)，不兼容現(xiàn)在的傳統(tǒng)的32位計(jì)算機(jī)，僅用于Itanium（安騰）以及后續(xù)產(chǎn)品Itanium2。24常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海前端總線前端總線又稱為系統(tǒng)總線。通俗的說，就是多個(gè)部件間的公共連線，用于在各個(gè)部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率?？偩€的種類很多，前端總線的英文名字是FrontSideBus，通常用FSB表示，是將CPU連接到北橋芯片的總線。計(jì)算機(jī)的前端總線頻率是由CPU和北橋芯片共同決定的。25常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海前端總線北橋芯片負(fù)責(zé)聯(lián)系內(nèi)存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量最大的部件，并和南橋芯片連接。CPU就是通過前端總線（FSB）連接到北橋芯片，進(jìn)而通過北橋芯片和內(nèi)存、顯卡交換數(shù)據(jù)。前端總線是CPU和外界交換數(shù)據(jù)的最主要通道，因此前端總線的數(shù)據(jù)傳輸能力對計(jì)算機(jī)整體性能作用很大，如果沒足夠快的前端總線，再強(qiáng)的CPU也不能明顯提高計(jì)算機(jī)整體速度。26常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海前端總線數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8。目前PC機(jī)上所能達(dá)到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz幾種，前端總線頻率越大，代表著CPU與北橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸能力越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能?，F(xiàn)在的CPU技術(shù)發(fā)展很快，運(yùn)算速度提高很快，而足夠大的前端總線可以保障有足夠的數(shù)據(jù)供給給CPU，較低的前端總線將無法供給足夠的數(shù)據(jù)給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統(tǒng)瓶頸。27常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海外頻外頻是CPU乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz（兆赫茲）。在早期的電腦中，內(nèi)存與主板之間的同步運(yùn)行的速度等于外頻，在這種方式下，可以理解為CPU外頻直接與內(nèi)存相連通，實(shí)現(xiàn)兩者間的同步運(yùn)行狀態(tài)。對于目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，兩者完全可以不相同，但是外頻的意義仍然存在，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中大多數(shù)的頻率都是在外頻的基礎(chǔ)上，乘以一定的倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)倍數(shù)可以是大于1的，也可以是小于1的。與處理器外頻密切相關(guān)的兩個(gè)概念：倍頻與主頻，主頻就是CPU的時(shí)鐘頻率；倍頻即主頻與外頻之比的倍數(shù)。主頻、外頻、倍頻，其關(guān)系式：主頻＝外頻×倍頻。28常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海外頻在486之前，CPU的主頻還處于一個(gè)較低的階段，CPU的主頻一般都等于外頻。而在486出現(xiàn)以后，由于CPU工作頻率不斷提高，而PC機(jī)的一些其他設(shè)備（如插槽、硬盤等）卻受到工藝的限制，不能承受更高的頻率，因此限制了CPU頻率的進(jìn)一步提高，因此出現(xiàn)了倍頻技術(shù)。該技術(shù)能夠使CPU內(nèi)部工作頻率變?yōu)橥獠款l率的倍數(shù)，從而通過提升倍頻而達(dá)到提升主頻的目的。倍頻技術(shù)就是使外部設(shè)備可以工作在一個(gè)較低外頻上，而CPU主頻是外頻的倍數(shù)。在Pentium時(shí)代，CPU的外頻一般是60/66MHz，從PentiumⅡ350開始，CPU外頻提高到100MHz，目前CPU外頻已經(jīng)達(dá)到了200MHz。由于正常情況下外頻和內(nèi)存總線頻率相同，所以當(dāng)CPU外頻提高后，與內(nèi)存之間的交換速度也相應(yīng)得到了提高，對提高電腦整體運(yùn)行速度影響較大。29常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海外頻與前端總線（FSB）前端總線的速度指的是CPU和北橋芯片間總線的速度，更實(shí)質(zhì)性的表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。而外頻的概念是建立在數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩速度基礎(chǔ)之上的，也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一萬萬次，它更多的影響了PIC及其他總線（設(shè)備速度）的頻率。前端總線與外頻這兩個(gè)概念容易混淆的主要原因是：在以前的很長一段時(shí)間里（主要是在Pentium4出現(xiàn)之前和剛出現(xiàn)Pentium4時(shí)），前端總線頻率與外頻是相同的，因此往往直接稱前端總線為外頻，最終造成這樣的誤會(huì)。30常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海外頻與前端總線（FSB）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)前端總線頻率需要高于外頻，因此采用了QDR（QuadDateRate）技術(shù)，或者其他類似的技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。這些技術(shù)的原理類似于AGP的2X或者4X，它們使得前端總線的頻率成為外頻的2倍、4倍甚至更高，從此之后前端總線和外頻的區(qū)別才開始被人們重視起來。31常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海倍頻CPU的倍頻，全稱是倍頻系數(shù)。CPU的核心工作頻率與外頻之間存在著一個(gè)比值關(guān)系，這個(gè)比值就是倍頻系數(shù)，簡稱倍頻。理論上倍頻是從1.5一直到無限的，但需要注意的是，倍頻是以0.5為一個(gè)間隔單位。外頻與倍頻相乘就是主頻，所以其中任何一項(xiàng)提高都可以使CPU的主頻上升。原先并沒有倍頻概念，CPU的主頻和系統(tǒng)總線的速度是一樣的，但CPU的速度越來越快，倍頻技術(shù)也就應(yīng)允而生。它可使系統(tǒng)總線工作在相對較低的頻率上，而CPU速度可以通過倍頻來無限提升。那么CPU主頻的計(jì)算方式變?yōu)椋褐黝l=外頻x倍頻。也就是倍頻是指CPU和系統(tǒng)總線之間相差的倍數(shù)，當(dāng)外頻不變時(shí)，提高倍頻，CPU主頻也就越高，當(dāng)前超頻主要就是提高倍頻。32常見CPU參數(shù)解釋2022/11/2東北大學(xué)焦明海制作工藝通常我們所說的CPU的“制作工藝”指得是在生產(chǎn)CPU過程中，要進(jìn)行加工各種電路和電子元件，制造導(dǎo)線連接各個(gè)元器件。通常其生產(chǎn)的精度以微米（長度單位，1微米等于千分之一毫米）來表示，未來有向納米