最新CPU基本参数知识详解

1、2012CPU基本参数知识详解在电子技术中， 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

2、周期的时间单位及相应的换算关系是：s（秒）、 ms（毫秒）、 s（微秒）、ns（纳秒），其中： 1s=1000ms，1 ms=1000s，1s=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

3、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

4、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

5、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。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 K7 CPU时提出的概念，但是一直以来都被大家误认

6、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

7、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 Front Side Bus，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

8、，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

9、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CPU缓存（ Ca

10、che 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

11、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

12、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 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

13、。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

14、%，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

15、， 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

16、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 Pentium D、Pentium EE、Core Duo三种，其中 Pentium D 、Pentium EE 的二级缓存方式完全相同。 Pentium D 和 Pentium EE 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 C

17、PU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。Core Duo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“ Smart cache”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“ Smart cache

18、”共享缓存技术。AMD双核心处理器的二级缓存Athlon 64 X2 CPU 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System Request Interface(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

19、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Smart Cache。CPU封装技术所谓“ CPU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。CPU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

20、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

21、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 封装DIP 封装（ Dual In-linePackage），也叫双列直插式封装技术，指采用双列直插形式封装的集成电路芯片， 绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过 100。DIP

22、 封装的 CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP 结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP 封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏管脚。 DIP 封装结构形式有： 多层陶瓷双列直插式 DIP，单层陶瓷双列直插式 DIP，引线框架式 DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）等。DIP 封装具有以下特点：1. 适合在 PCB(印刷电路板 ) 上穿孔焊接，操作方便。2. 芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。最早的 4004、8008、8086、8088 等 CPU都采用了 DIP 封装，通过其上的两排引脚

23、可插到主板上的插槽或焊接在主板上。QFP封装这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术 （Plastic Quad Flat Pockage），该技术实现的 CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式， 其引脚数一般都在 100 以上。该技术封装 CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。QFP封装这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术（PlasticQuad FlatPockage），该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用

24、这种封装形式，其引脚数一般都在 100 以上。该技术封装 CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。PFP封装该技术的英文全称为Plastic Flat Package，中文含义为塑料扁平组件式封装。 用这种技术封装的芯片同样也必须采用SMD技术将芯片与主板焊接起来。 采用 SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊盘。将芯片各脚对准相应的焊盘，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。 该技术与上面的QFP技术基本相似， 只是外观的封

25、装形状不同而已。PGA封装该技术也叫插针网格阵列封装技术（ Ceramic Pin Grid Arrau Package），由这种技术封装的芯片内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成 25 圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸， 从 486 芯片开始，出现了一种 ZIF CPU插座，专门用来满足 PGA封装的 CPU在安装和拆卸上的要求。 该技术一般用于插拔操作比较频繁的场合之下。BGA封装BGA技术（ Ball Grid Array Package ）即球栅阵列封装技术。该技术的出现便成为 CP

26、U、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。 但 BGA封装占用基板的面积比较大。 虽然该技术的 I/O 引脚数增多，但引脚之间的距离远大于 QFP，从而提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接， 从而可以改善它的电热性能。 另外该技术的组装可用共面焊接， 从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装 CPU信号传输延迟小， 适应频率可以提高很大。BGA封装具有以下特点：1.I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率2. 虽然 BGA的功耗增加， 但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接， 从而可以改善电热性能3. 信号传输延迟小，适应频

27、率大大提高4. 组装可用共面焊接，可靠性大大提高目前较为常见的封装形式：OPGA封装OPGA（Organic pin grid Array ，有机管脚阵列）。这种封装的基底使用的是玻璃纤维，类似印刷电路板上的材料。 此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。 OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。 AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此类封装。mPGA封装mPGA，微型 PGA封装，目前只有 AMD公司的 Athlon 64 和英特尔公司的 Xeon（至强）系列 CPU等少数产品所采用，而且多是些高端产品，是种先进的封装形式。CPGA封装CPG

28、A也就是常说的陶瓷封装，全称为Ceramic PGA。主要在 Thunderbird （雷鸟）核心和“ Palomino ”核心的 Athlon 处理器上采用。FC-PGA封装FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写，这种封装中有针脚插入插座。 这些芯片被反转， 以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部。 通过将片模暴露出来， 使热量解决方案可直接用到片模上， 这样就能实现更有效的芯片冷却。 为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能， FC-PGA处理器在处理器的底部的电容放置区域（处理器中心）安有离散电容和电阻。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。 此外，针脚的安排方式使

29、得处理器只能以一种方式插入插座。 FC-PGA封装用于奔腾 III 和英特尔 赛扬 处理器，它们都使用 370 针。FC-PGA2封装FC-PGA2 封装与 FC-PGA 封装类型很相似， 除了这些处理器还具有集成式散热器 (IHS) 。集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。由于 IHS 与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量， 所以它显著地增加了热传导。 FC-PGA2封装用于奔腾 III 和英特尔赛扬处理器（370 针）和奔腾 4 处理器（478 针）。OOI封装OOI 是 OLGA 的简写。 OLGA代表了基板栅格阵列。 OLGA芯片也使用反转芯片设计， 其中

30、处理器朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。OOI 有一个集成式导热器(IHS)，能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。OOI用于奔腾4处理器，这些处理器有423针。PPGA封装“PPGA”的英文全称为“ Plastic Pin Grid Array”，是塑针栅格阵列的缩写，这些处理器具有插入插座的针脚。为了提高热传导性，PPGA在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。 此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。S.E.C.C. 封装“S.E.C.C. ”是“ Single Edge Contact Cartridge”缩

31、写，是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。它不使用针脚， 而是使用“金手指”触点， 处理器使用这些触点来传递信号。 S.E.C.C.被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。S.E.C.C.内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高速缓存和总线终止电路。 S.E.C.C.封装用于有 242个触点的英特尔奔腾 II处理器和有 330个触点的奔腾 II至强和奔腾 III至强处理器。S.E.C.C.2封装S.E.C.C.2封装与 S.E.C.C.封装相似，除了S.E.C.C.2使用更少的保护性包装并且不含

32、有导热镀层。S.E.C.C.2封装用于一些较晚版本的奔腾II处理器和奔腾 III处理器（ 242 触点）。S.E.P. 封装“S.E.P. ”是“ Single Edge Processor ”的缩写，是单边处理器的缩写。“ S.E.P. ”封装类似于“ S.E.C.C. ”或者“ S.E.C.C.2 ”封装，也是采用单边插入到 Slot 插槽中，以金手指与插槽接触，但是它没有全包装外壳， 底板电路从处理器底部是可见的。 “S.E.P. ”封装应用于早期的242 根金手指的 Intel Celeron处理器。PLGA封装PLGA是 Plastic Land Grid Array的缩写，即塑料焊

33、盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚，而是使用了细小的点式接口，所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本，可以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。目前 Intel公司 Socket 775 接口的 CPU采用了此封装。CuPGA封装CuPGA是 Lidded Ceramic Package Grid Array的缩写，即有盖陶瓷栅格阵列封装。 其与普通陶瓷封装最大的区别是增加了一个顶盖，能提供更好的散热性能以及能保护CPU核心免受损坏。目前 AMD64系列 CPU采用了此封装。“ CPU

34、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

35、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

36、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

37、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

38、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。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， 倍频是以以 0.5 为一个间隔单

39、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。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

40、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

41、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

42、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

43、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

44、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

45、 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 SIMDExtensions ，单指令多数据流扩展）指令集是 Intel在 Pentium

46、 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 NewInstruction ）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