计算机硬件知识

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

CPUo

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CPUo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。

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>PentiumPro、PentiumII>PentiumIII、Pentium4、

Pentium4EE、Pentium-m、Celeron>CeleronII、CeleronIII、CeleronIV、

CeleronD>Xeon等等。而AMD公司则有K5、K6、K6-2、Duron>

AthlonXP、Sempron>Athlon64>Opteron等等。

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。

Socket775

Socket775又称为SocketT,是目前应用于IntelLGA775封装的

CPU所对应的接口，目前采用此种接口的有LGA775封装的

Pentium4>Pentium4EE>CeleronD等CPU。与以前的Socket478

接口CPU不同，Socket775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Socket775

插槽内的775根触针接触来传输信号。Socket775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Socket478的逐渐淡出，Socket775

将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口。

Socket754

Socket754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Athlon64和高端的Sempron,具

有754根CPU针脚。随着Socket939的普及，Socket754最终也会逐

渐淡出。

Socket939

Socket939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Athlon64以及Athlon64FX,

具有939根CPU针脚。Socket939处理器和与过去的Socket940插槽

是不能混插的，但是，Socket939仍然使用了相同的CPU风扇系统

模式，因此以前用于Socket940和Socket754的风扇同样可以使用在

Socket939处理器。

Socket940

Socket940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Athlon64FX。随着新出的Athlon64FX改用Socket939接口,所

以Socket940将会成为Opteron的专用接口。

Socket603

Socket603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XeonMP和早期的Xeon,具有603

根CPU针脚。Socket603接口的CPU可以兼容于Socket604插槽。

Socket604

与Socket603相仿，Socket604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800MHzFSB的

XeonoSocket604接口的CPU不能兼容于Socket603插槽。

Socket478

Socket478接口是目前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。

SocketA

SocketA接口,也叫Socket462,是目前AMD公司AthlonXP和

Duron处理器的插座接口。SocketA接口具有462插空，可以支持

133MHz外频。

Socket423

Socket423插槽是最初Pentium4处理器的标准接口，Socket423

的外形和前几种Socket类的插槽类似，对应的CPU针脚数为423。

Socket423插槽多是基于Intel850芯片组主板，支持1.3GHz〜1.8GHz

的Pentium4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

Socket478,Socket423接口也就销声匿迹了。

Socket370

Socket370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构，外观上与

Socket7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。

SLOT1

SLOT1是英特尔公司为取代Socket7而开发的CPU接口，并申

请的专利。这样其它厂商就无法生产SLOT1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。

SLOT1是英特尔公司为PentiumII系歹！JCPU设计的插槽，其将

PentiumIICPU及其相关控制电路、二级缓存都做在一块子卡上，多

数Slot1主板使用100MHz外频。SLOT1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。

SLOT2

SLOT2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。Slot2与Slot1

相比，有许多不同。首先，Slot2插槽更长，CPU本身也都要大一些。

其次，Slot2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PentiumII处理器，而有了Slot2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Slot2接口的

PentiumIICPU都采用了当时最先进的0.25微米制造工艺。支持

SLOT2接口的主板芯片组有440GX和450NX。

SLOTA

SLOTA接口类似于英特尔公司的SLOT1接口，供AMD公司

的K7Athlon使用的。在技术和性能上，SLOTA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P6GTL+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。

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Pentium4系列处理器所采用的Socket478接口，其针脚数

就为478针；而AthlonXP系列处理器所采用的Socket462接口，其

针脚数就为462针。

接口类型针脚数

SOCKET775775

SOCKET939939

SOCKET940940

SOCKET754754

SOCKETA(462)462

SOCKET478478

SOCKET604604

SOCKET603603

SOCKET423423

SOCKET370370

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lGHz=1000MHz,lMHz=1000kHz,lkHz=1000Hzo

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）、ps（微秒）、ns（纳秒），其中：ls=l000ms,1ms=1000|is,

lps=l000nso

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。

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

001封装

PPGA封装

S.E.C.C.封装

S.E.C.C.2封装

SEP.封装

PLGA封装

CuPGA封装

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SEP、PGA、FC-PGA、FC-PGA2

等等）、接口类型（例如Socket370,SocketA,Socket478,SocketT,

SlotkSocket940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）。

INTEL核心

Tualatin

这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心，是Intel在Socket370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(PentiumIII),

二级缓存分别为512KB(PentiumII1-S)和256KB(PentiumHI和赛

扬)，这是最强的Socket370核心，其性能甚至超过了早期低频的

Pentium4系歹ljCPU。

Willamette

这是早期的Pentium4和P4赛扬采用的核心，最初采用

Socket423接口，后来改用Socket478接口(赛扬只有1.7GHz和

1.8GHz两种,都是Socket478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(Socket423)

和1.6GHz至U2.0GHz(Socket478),二级缓存分别为256KB

(Pentium4)和128KB(赛扬),注意，另外还有些型号的Socket423

接口的Pentium4居然没有二级缓存！核心电压1.75V左右，封装方

式采用Socket423的PPGAINT2,PPGAINT3,OOI423-pin,

PPGAFC-PGA2和Socket478的PPGAFC-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至2.8GHz(赛扬)，1.6GHz至

2.6GHz(400MHzFSBPentium4),2.26GHz到3.06GHz

(533MHzFSBPentium4)和2.4GHz至3.4GHz

(800MHzFSBPentium4),并且3.06GHzPentium4和所有的

800MHzPentium4者B支持超线程技术(Hyper-ThreadingTechnology),

封装方式采用PPGAFC-PGA2和PPGA。按照Intel的规戈ij,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Pentium4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LI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PPGAo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。

Prescott2M

Prescott2M是Intel在台式机上使用的核心，与Prescott不同，

Prescott2M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。Prescott2M

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P4EECPU使用Prescott2M核心。

Prescott2M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Prescott2M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Pentium46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。

AMDCPU核心

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。

Palomino

这是最早的AthlonXP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AthlonXP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333MHzo

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333MHzo可以看作是屏蔽了

一半二级缓存的Bartono

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400MHz0

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266MHzo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

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IGHyperTransprot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工使用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夕卜频，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、

CoorrfQuiet；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。

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UltraSparcIILIBM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

64bito

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

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新增的儿组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-bito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lA-32e(IntelArchitectur-32extension)o

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,如前文所述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,IA32EFER)的部件，其中的BitlO

控制着EM64T是否激活。BitlO被称作IA-32e模式有效

(lA-32emodeactive)或长模式有效(longmodeactive,LMA)o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。

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FrontSideBus,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X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儿种，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

Pentium4出现之前和刚出现Pentium4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(QuadDateRate)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HyperTransporto

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400MHzFSBo

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400MHzFSB；Pentium4方面，1.6GHz-2.8GHz都有

400MHzFSB的产品,例如1.8A、2.0A等等，Pentium4型号后面带

有"B"字样的则是533MHzFSB,带有"C"字样的则是800MHzFSB。

Prescott核心CPU：

Prescott核心的CeleronD,无论是Socket478接口还是Socket775

接口，全部都是533MHzFSB。

Socket478接口的Pentium4方面,2.4A和2.8A是533MHzFSB,

其余的Socket478Pentium4都是800MHzFSB,在产品型号后面带有

"E"字样。

Socket775接口的Pentium45XX系列方面，编号尾数为“5"的是

533MHzFSB,例如Pentium4505/515；编号尾数为"0"的是

800MHzFSB,例如Pentium4520/530/540等等。即将推出的

Pentium46XX系歹ljCPU则都是800MHzFSB。

Pentium4至尊版(即Pentium4EE,又称Pentium4XE)：

所有Socket478接口的Pentium4EE都是800MHzFSBo而

Socket775接口的Pentium4EE,3.4GHz是800MHzFSB,而3.46GHz

则是1066MHzFSB,这是目前PC上最高的前端总线频率，而且今后

推出的所有Pentium4EE都会采用1066MHzFSB。

Xeon和XeonMP：

所有XeonMP都是400MHzFSB；Socket603接口的Xeon也是

400MHzFSB；Socket604接口的Xeon中,支持Intel64位计算技术

EM64T的Xeon是800MHzFSB,而不支持EM64T的Xeon则是

533MHzFSBo

AMD平台

SocketA平台：

SocketA接口的Sempron是333MHzFSB,Socket754接口的

Sempron部分是333MHzFSB,使用0.09微米工艺的Sempron是

800MHzFSB；AthlonXP方面,Palomino核心为266MHzFSB,

Thoroughbred核心为266MHz和333MHzFSB,Barton核心为333MHz

和400MHzFSB,而Thorton核心则为333MHzFSBo

AMD64平台:

Socket754接口CPU的HyperTransport频率是800MHz；

Socket939接口CPU的HyperTransport频率是1000MHz；而

Socket940接口CPU的HyperTransport频率也是800MHzo

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x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PentiumII350

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Pentium4出现之前和刚出现Pentium4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（QuadDateRate）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。

H^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。

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。

十三、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(DataCache,D-Cache)和指

令缓存(InstructionCache,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%o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%）o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一种缓存，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。

十四、核心电压

CPU的工作电压(SupplyVbltage),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C