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1、硬件基础知识-CPU篇,CPU-计算机的大脑,什么是CPU CPU目前布局状况 CPU性能评估 CPU的接口 CPU性能测试工具 CPU的超频,CPU-中央处理器,中央处理器（Central Processing Unit，CPU），是电子计算机的主要设备之一。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成 。 其工作原理：指令-控制单元-逻辑运算单元-处理后的数据-存储器-交应用程序使用。,CPU,Core i7,Core i7,CPU分类：CPU只有两家公司生产吗？,根据指令集分类： X86: Intel、AMD、 Transm

2、eta全美达和VIA公司的大部分CPU。 主要用于个人（微型）计算机（PC）和小型计算机、小型服务器。,ARM和MIPS指令集CPU,主要用于嵌入式计算领域、中大型计算机和超级计算机领域，比如手机、汽车、计算器以及各种电子设备； MIPS兆指令每秒，反应出执行指令的速度 ARM (Advanced RISC Machines) 厂商：ARM、TI德州仪器、高通、博通、三星、曾经的Intel Xscale、 SUN Solaris、IBM PowerPC、中科龙梦的龙芯、HP、NEC等等。,X86 CPU,主要厂商： Intel英特尔 美国：目前占有市场80%左右份额，x86处理器界龙头老大位置

3、； AMD超微 美国：目前市场占有18%左右的份额，在历史上一直扮演挑战强权的角色；,X86 CPU,VIA威盛 中国台湾：极少数的一家x86处理器公司不在美国的公司，尽管产品性能一直低下，但是有时能另辟途径，给人一种眼前一亮的感觉； Transmeta全美达 美国：一家已经几乎快要消失的处理器公司，在几年前曾经因为其处理器功耗极其低而受到不少的笔记本厂商的追捧。,X86处理器主要品牌分类,Intel阵营： Core 酷睿2 系列 Pentium奔腾双核 赛扬双核 赛扬系列 Xeon至强 Itanium 安腾 Atom 凌动,强大的Core架构,AMD阵营,Phenom羿龙 X4 Phenom

4、羿龙X3 （Phenom FX？) Athlon 64速龙64 X2 Sempron闪龙 Opteron皓龙 Geode,K8曾经的辉煌,Core酷睿的强大,2006年，在AMD K8架构（Athlon速龙64）处理器的层层追击下，Intel终于发布了全新一代源自于笔记本CPU奔腾M的处理器：Core酷睿系列。,Core酷睿,由于优秀的设计，Core酷睿架构的处理器具有在较低的频率下就能得到非常出色的性能，并且能保持较低的功耗和发热量，超强的超频能力，并且在Intel领先制程情况下使得这一优势更加明显。 Core酷睿处理器最先出现在笔记本产品中，Intel Napa迅驰（3）平台之一的组件就是

5、Core酷睿（1）处理器。,45nm K10 Phenom FX!,据悉，AMD即将发布更新制程和重新设计的K10处理器，在性能和超频能力上已经得到了大幅提高，AMD有可能再次辉煌。,处理器性能指标,架构 主频率 前端总线频率（FSB） 高速缓存容量 制作工艺 处理器核心数目 功耗控制,性能指标最重要：架构,架构是处理器最根本的东西，任何的一切处理和设计都是建立在架构之上。 架构设计的优劣与否足够影响到处理器的一切性能表现。 比如：频率运行在3.0GHz的奔腾4处理器性能远远不如运行在1.8Ghz的Athlon速龙64处理器，因为奔腾4处理器的NetBurst架构现在看起来实在糟糕。同样，运行

6、在3.0Ghz的Athlon 速龙64处理器性能也不如只运行在2.2Ghz的奔腾双核或者Core 酷睿2处理器。,性能重要指标：运行主频率,频率决定了处理器运行的快慢，也就是代表处理器在一个时间段中做出的运算次数的多少。 当然，架构才是影响性能的根本。 处理器性能重要指标：主频 主频=外频X倍频 外频决定了系统内部各个部件数据的传输速度，包括内存传输、主板芯片组传输以及系统其他各种总线的传输速度。 倍频指CPU外频与主频相差的倍数。,处理器性能指标：前端总线频率FSB,前端总线频率影响了处理器、主板芯片组和内存的数据交换速度。 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

7、CPU和外界数据传输的速度。 前端总线频率一般高于外频,处理器性能指标：高速缓存容量,由于存储器现在还不够理想，难以满足系统以及市场的需求，所以现代计算机存储器设计都存在分层结构。,存储器的分级：,越顶端：读写速度越快、成本越高昂、容量越小。 越低端：读写速度越慢、成本越低廉、容量越大。,处理器内置高速缓存,由于CPU的运算速度愈来愈快，主存储器(DRAM)的数据存取速度常无法跟上CPU的速度， 因而影响计算机的执行效率，如果在CPU与主存储器之间，使用速度非常快SRAM来作为CPU的数据快取区，将可大幅提升系统的执行效率，而且透过 Cache缓存来事先读取CPU可能需要的数据，可避免主存储器

8、与速度更慢的辅助内存的频繁存取数据，对系统的执行效率也大有帮助。,主流高速缓存容量,目前AMD平台处理器缓存容量一般偏小，比如目前AMD最高端的Phenom X4 9950的二级缓存也才2MB，三级缓存2MB。 AMD处理器二级缓存一般在512KB-2MB之间，多为1MB。,主流高速缓存容量,Intel处理器高速缓存普遍偏大，比如Intel最顶级的Core 2 QX9770处理器二级缓存高达12MB。 比较常见的Intel Core 2 E8000系列处理器二级缓存也高达6MB。 其他系列比如E7000系列有3MB，E5000系列有2MB，E2000系列有1MB。,处理器制作工艺,制造工艺是指

9、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。 提高处理器的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制造工艺会在CPU内部集成更多的晶体管，使处理器实现更多的功能和更高的性能；更先进的制造工艺会使 处理器的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的CPU产品，直接降低了CPU的产品成本，从而最终会降低CPU的销售价格使广 大消费者得利；更先进的制造工艺还会减少处理器的功耗，从而减少其发热量，解决处理器性能提升的障碍。,主流制作工艺,目前AMD处理器主要还是在65

10、nm和90nm制作工艺上，但是大部分已经在65nm工艺，极少部分处理器还停留在90nm，比如Athlon 64X2 6400+，但是最新的45nm处理器AMD即将发布。 Intel在制作工艺上一直领先AMD，目前Intel已经全面进入了45nm时代，还有一些老产品使用了65nm。,处理器核心数目,由于处理器集成晶体管数目越来越多，单纯的提升频率来提升性能已经变得困难和不现实。 由此，改变设计思路，另辟途径，使处理器内部集成更多的运算核心，于是就产生了双核、多核的概念。,功耗控制,处理器的功耗越低，则代表处理器的耗电量、发热量越小，频率也越容易提高。 历史上著名的耗电大户：Pentium奔腾4、

11、Pentium 奔腾D和Pentium EE奔腾至尊版。,功耗跟CPU正常工作所需的电压密切相关。早期CPU（386、486）的工作电压一般为5V（奔腾等是3.5V/3.3V/2.8V等），随着CPU的制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压有逐步下降的趋势，Intel最新出品的Coppermine已经采用1.6V的工作电压了。 低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。这对于笔记本电脑尤其重要。,流水线技术、超标量,超流水线（Super Pipeline）技术是RISC采用的一种并行处理技术。他通过细化流水，增加级数和提高主频，使得在每个机器周期内能完成一个甚至两个浮点操作。其实质就是以时间换取空

12、间。超流水机器的特征就是在所有的功能单元都采用流水，并有更高的时钟频率和更深的流水深度。 超标量（Super Scalar）技术是RISC采用的又一种处理技术。它通过内装多条流水线来同时执行多个处理。其实质就是以空间换取时间。,超线程,“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。 P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer（逻辑处理单元），而其余部分则保持不变，是被分享的。,

13、识别CPU的编号,CPU的编号是标识CPU的唯一号码，了解了CPU的产品编号就可以通过它看出CPU的主要性能参数。,AMDDuron D600AST1B AKAA002-APB 91665 60DPGB,AMD Althlon AXDA2500DKV4D 9370247250262 AQUCA 0303SPAW,AXDA2500DKV4D Athlon 台 PR值 封 电 温 缓 总 式 2.06GHZ 装 压 度 存 线 频 率,V=85度,CPU的发展历程,586 - PII - PIII - P4 1993 1997.5 1999.10 2001.6,Intel Pentium系列,AM

14、D公司,K5 - K6-2 - K6-3 - K7 - Althlon - Duron- Althron XP,经典CPU回顾,第一块CPU：Intel 4004,1971年11月15日，Intel发布了自己的首款微处理器，型号“4004”，这也是首次将一台编程计算机所需的各种元素融合在一颗单独的芯片上。从此，一个崭新的微处理器时代开始了。 4004长1/6英寸、宽1/8英寸，分为五层，最初基于2英寸晶圆生产，后来改用3英寸晶圆，集成晶体管2250个，各晶体管相互之间的距离是10微 米，可处理4位数据，每秒运算6万次，频率108KHz，成本低于100美元。4004的性能与1946年的首台电子计

15、算机ENIAC相当。,现在的处理器：制作工艺45nm，默认频率最高可达6Ghz，最大集成晶体管达到18亿个。,X86时代的序幕,Intel 8086,虽然1978年在现在看起来并不是特别遥远，但正是在那一年，Intel正式发布了8086处理器，而这款处理器也奠定了X86指令集处理器的基础。当时的顶级的个人电脑主频仅仅为8MHZ。,第一款X86架构的32位处理器,Intel 80386,1985年，Intel发布80386处理器。 当时一般的电脑主机通常都搭配4M的内存，而这时候微软的windows操作系统也开始支持使用硬盘上的部分空间作为虚拟内存。 最开始的386处理器主频为16MHZ，而在经

16、过了四年的发展之后最终386处理器的主频达到了32MHZ。,第一款奔腾处理器登场,到了1993年，Intel推出了第一款奔腾处理器。奔腾处理器推出后经常出现消费者排队守候，而商店上货后数分钟即销售一空的情况，而Intel的市场份额也暴涨了两位数个百分点。 最开始的奔腾60和66两款处理器采用的是socket4封装。刚开始推出的低频版本的奔腾处理器由于30MHZ的系统总线频率落后于486DX处理器，因此在当时的市场上很多消费者弃奔腾而选择了486DX100。,辉煌的开始奔腾MMX：,在1996年底推出了奔腾系列的改进版本奔腾MMX（多能奔腾）。 这款处理器在处理多媒体的能力上提高了60 左右。

17、MMX技术不但是一个创新，而且还开创了CPU开发的新纪元，后来的SSE，3DNOW！等指令集也是从MMX发展演变过来的。,slot1接口赛扬处理器,1997年Intel开始将其处理器全面转入了slot1接口平台，对 于使用slot1接口唯一的技术解释就是处理器内部没有足够的空间可以放置二级缓存因此要将其放在另外的一块电路板上面。而在这个时代的开始Intel也 推出了不带二级缓存的采用slot1接口的赛扬处理器。 由于当时推出的赛扬处理器的性能上的劣势相当明显因此很多消费者都倾向于奔腾II处理器。为了改变这种状况，Intel推出了被认为是史上经典产品之 一的带内置二级缓存的赛扬300A。这款处理

18、器本身的系统总线是66MHZ，但是可以通过超频提升到100MHZ而使处理器达到450MHZ的主频。而一 时间赛扬300A也成为了市场上的抢手货。,奔腾3,在1998年socket370封装开始推出，Intel也发布了性能当时来看非常出色的奔腾3处理器，当然，价格也同样出色。,广告的力量：奔腾4,2000年，Intel发布Netburst架构的处理器，首先应用的就是奔腾4处理器。 由于Netburst超长的流水线设计，使得奔腾4非常容易就能运行在一个很高的频率，但是同样因为超长流水线设计，使得奔腾4执行效率极其低下，而且高频率还带来恐怖的发热量和功耗。 随着处理器主频和内部集成晶体管数目的增加，处理器消耗的能量也开始大大增加。为了满足处理器所需要的巨大电能，因为奔腾四处理器的功率达到了115W，因此它需要在主板上附设额外的电源接口来满足处理器的供电需要，而由于发热量的增加，一个散热风扇也成了一个必需品。,但是由于Intel出色的广告宣传和营销手段，使得这样一款并不出色的产品大卖热卖，许多消费者购买时还认准了奔腾4处理器。,AMD辉煌出现：Athlon XP,由于当时Intel的奔腾4处理器性能表现实在不怎么样，而且收据高昂，AMD由此找到契机，发布了经典的K7架构处理器：Duron钻龙（毒龙)和Athlon（速龙）XP处理