[03.04]电脑硬件扫盲帖[CPU篇]

花间游

CPU篇

一、目前的主流CPU
现在什么CPU最火？双核！不论是AMD还是Intel，都把双核当成了自己最大的法宝。期望着自己的双核CPU能够更胜一筹，打败对方，取得行业竞争的胜利……STOP！废话少说，先来看看两家的主打双核CPU吧。
第一个上场的，惯例当然是Intel，这回Intel拿出来的可不再是老掉牙的“Pentium X XXX”了，而是一碗香喷喷的“扣肉”——65纳米制程Conroe。

Intel的Conroe

Conroe，可以说是Intel正式同过去“Pentium X”的频率游戏时代决裂的产品，4GHz频率的破产，以及AMD的咄咄逼人，让Intel再也无法玩弄自己的频率游戏，不得不另找出路。而Intel毕竟是一家老牌大公司，关键时刻颇有“壮士断腕”等风范——在原有架构失去活力的时候，Intel就能毫不犹豫地抛弃了沿用多年的Net Burst架构，摒弃了以高流水线、高频率为主的设计，采用了新的短流水线、低功耗设计。应该说，Conroe，让Intel重新回归了正道。
相比Prescott被人非议巨大功耗，Conroe待机功耗仅为7W，平均功耗也只有65W；同时，Conroe还支持VT、EIST省电，XD安全技术各种技术。
Conroe微架构是采用共享二级缓存设计，即两个核心共享4MB的二级缓存。

Conroe微架构示意图

Intel放弃了原有双核Pentium D的独立二级缓存设计是经过深思熟虑的，相互独立的两个二级缓存虽然可以不用考虑缓存共享或资源竞争的局面出现，但是芯片的面积明显变大，成本也很高。精明的Intel自然在新的CPU中抛弃了这个设计。
Conroe仍然保留了Pentium时代的“FSB”（即前端总线）的概念。Conroe的FSB仍然是1066MHz，这是因为FSB受到制约的因素有很多，除了CPU自身的技术水平外，还要包括芯片组的发展水平或内存发展水平等各种因素。再加上FSB的频率并非Intel急于在新架构中解决的主要问题，因此Intel现在还并不打算提升FSB的频率。
Intel为Conroe准备的接口依旧是LGA 775，尽管这个接口的非议不断，但看来Intel是打定了主意要坚持走下去，毕竟在Intel看来，LGA 775的一切弊端对于它带来的好处都是微不足道的。
从Conroe看出，经历了多年的频率游戏后，Intel开始探索一条新的CPU发展之路，而Conroe相比Net Burst，更加的务实和实际，从频率至上的游戏转入了一条低功耗高性能比，同时功能多元化的时代。
第二个上场的,自然就是Intel的老冤家AMD。桑德斯退休后，AMD在新CEO的带领下，继续挑战Intel的王朝，并取得了显著的成效。在这双核大战的局面下，AMD自然也不甘输给Intel，同样准备了自家的双核利器：Athlon 64 X2。

Athlon 64 X2 4800+，可以看到是在马来西亚封装的

Athlon 64 X2不仅为90纳米制程，它的架构与Conroe也有明显的不同，Athlon 64 X2的两个核心都分别拥有各自的二级缓存。同时Athlon 64 X2内置了一个叫做“Crossbar”的部件，使两个核心之间的通讯无须经过主板芯片组，降低了延迟时间，得到了更好的性能。同时还解决了出现第二核心可能会出现的对内存与I/O带宽的资源互相争夺的问题。

Athlon 64 X2微架构示意图

尽管采用90纳米制程的Athlon 64 X2看起来工艺低于65纳米制程的Conroe，所以它应该比不上Conroe，至少在功耗上是这样——但实际上并非如此。这都得益于AMD在Athlon 64 X2处理器上所采用的“Dual Stress Liner”应变硅技术。Dual Stress Liner技术是由AMD和IBM联合开发的，据称可以将半导体晶体管的响应速度提高24％。Intel尽管也拥有应变硅技术，但比较起来，来自AMD和IBM的DSL能够被用于两种类型的晶体管：NMOS和PMOS(具有n和p通道)而无需使用极难获得的硅锗层，硅锗层会增加成本，并且有可能影响芯片的产量。 DSL这种双重性，让它比Intel的应变硅更有效—DSL可以将晶体管的响应速度提升24%，而应变硅能提供的最大改进在15-20%。
并且更重要的是，AMD和IBM 这项新技术对产量及生产成本并没有任何负面影响。由于在生产时无需使用新的生产方法，所以使用标准生产设备和材料便可迅速展开量产。另外，配合使用硅绝缘膜构造(SOI，绝缘体上硅)与应变硅，还可生产性能更高、耗电更低的晶体管。AMD工程师们表示，DSL和SOI一起结合可以让Athlon 64处理器的频率潜力有大约16％的增长。而Athlon 64 X2的初始频率与目前Athlon 64持平上也可以看到DSL技术的确很有效。
Athlon 64 X2还能够先优化处理系统指令队列，再分配给两个核心来处理，这两个核心使用的是同一个内存控制器（Athlon 64 X2依然集成了内存控制器），但早期Socket 939接口的Athlon 64 X2仅仅集成了双通道DDR400，这样对升级用户是很有好处的，对旧平台而言唯一的要求就是升级到最新BIOS就万事大吉了，这将大大降低平台的应用、升级成本。但是弊端也显而易见：双核需要更高的内存带宽，仅仅是6.4GB/s的带宽显然有些不足，对性能肯定会造成一定的影响。不过现在的Socket AM2接口的Athlon 64 X2已经集成了DDR2 800的内存控制器，解决了这一问题。
Athlon 64 X2的双物理内核使它在多任务进程下拥有明显的优势，据说Athlon 64 X2甚至可以一边压缩视频，一边玩最新的游戏，几乎不受任何影响。不过就目前来看，在普通应用，甚至是一般的游戏应用下， Athlon 64 X2相比自家的单核兄弟，好像并没有什么优势，这或许是这些应用不需要双核那样的性能吧。

二、老用户的升级选择
聊完了双核，我们再来看看老用户们的选择。
首先仍然是Intel上场，Intel的接口比较单一，目前市场上除了少量Socket 478外，都已经步入了LGA 775时代，除了新的双核CPU需要965、975的支持外，其余的Prescott核心的各种Pentium IV、Pentium D等CPU都可以很好的运行在现有的主板上，老用户们升级没有什么问题。就不多加以介绍了。
再来看看AMD，现在的AMD完全摒弃了创造过Barton核心辉煌的Socket 462接口，连Socket 939也开始逐渐被Socket AM2取代——这是一种和AMD服务器CPU针脚数相同，却有着不同的针脚定义的接口，AMD用Socket AM2代替Socket 939占领高端市场，对AMD将来的CPU很有好处，但对用户可就不是什么好消息了，这就表示手里的Socket 939主板将无法再升级新的CPU——除非哪家厂商开发出了转接卡。因此Socket 939的用户，就目前来说，除了更换Socket AM2的主板外，就是看看能不能找到比自己原有CPU更好的Socket 939接口Althon 64了。不过就我个人意见来看，这种更新方法不值得推荐，因为这种方法的性价比实在让人无法夸奖。
对于AMD的中低端用户来说，原本属于中端的Socket 754接口现在一并挑起了低端的责任，在高端产品全面向Socket AM2过渡的情况下，Socket 754应该能够坚持更长一点的时间，因为短时间内统一所有的接口是不现实的，而Socket 754接口已经足够应付中低端CPU的需求，因此AMD应该会在更久以后才开始抛弃Socket 754。因此中低端的用户，除了Socket 462接口的用户需要更换自己的主板外，大可以轻松地挑选各种基于Socket 754接口的CPU——与Socket 939接口不同，Socket 754接口的用户仍有相当大的升级空间， AMD在Socket 754接口上推出了64位的Sempron，就是一个鲜明的例子。
如果还有Socket 370那样的“老老用户”，我的建议是从头到尾彻底更新，Socket 370时代的CPU无论怎么升级都是难以满足现在的需求的，就让它们追随当年的Celeron 300A，留在历史的长河中吧。

三、CPU的系统简史
1971年，Intel公司生产出了一个划时代的产品：4004。这块仅有16个引脚、只集成了不2300个晶体管的半导体处理器，正是后来那些性能超强的CPU的鼻祖。说它开创了微处理器时代一点也不为过。

4004近照

至4004开始，一直是Intel主导微处理器的发展，历经8008、8080、8085等一系列CPU后，Intel再一次发布了足以开创一个新时代的产品：16位的8086和8087系列CPU，这两个系列的CPU使用相互兼容的指令集，人们也就称呼这些指令集为x86指令集，这也就是x86指令集的来历。

8008

8085

8086

历史似乎特别垂青于Intel。1979年，Intel发布了8088 CPU，它是第一块成功用于个人电脑的CPU。这块CPU集成了29000个晶体管，主频为4.77MHz，地址总线为20位，寻址范围仅仅是1MB内存。1981年，蓝色巨人IBM首次在自己的PC机中采用了8088 CPU，开创了全新的微机时代。
Intel一发不可收，1982~1989年相继推出80286、80386及80486一系列CPU。其中80386是x86系列中的第一款32位CPU，同时采用了更先进的制造工艺：集成了27.5万个晶体管，主频从12.5MHz提升到33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，这说明80386可寻址高达4GB的内存，而这有代表这一块CPU可以使用Windows操作系统了。而80486则是第一块突破了100万个晶体管界限的CPU，它集成了120万个晶体管。同时它还首次在x86系列CPU中使用了RISC（精简指令集），大大提高了运行效率。

80286

80386

80486

1993年，Intel发布了著名的Pentium CPU。早期的几批Pentium CPU存在浮点运算错误的问题。Intel非常有远见地向用户致歉并回收问题产品。尽管这次回收耗费了Intel公司4亿多美元，却为Intel赢得了信誉，Pentium成为了市场上最畅销的产品。

著名的Pentium CPU

从Pentium时代起，Intel已经确立起了CPU领域的绝对霸主地位。但是有人仍然勇敢地向它发起了进攻，那就是杰里•桑德斯和他的AMD公司。AMD公司与Intel其实颇有渊源，它的创始人桑德斯曾是Intel公司的员工，早期的AMD还是Intel的战略合作伙伴，所以有一个时期，市场上的CPU同时印着Intel和AMD两家公司的商标。但随着AMD的实力持续增长，Intel越来越对这个潜在的对手感到不安，双方最终分道扬镳并兵戎相见。AMD在Intel的重重压力下，历经K5、K6系列CPU，终于在K7上打出了一个漂亮的翻身仗。

Pentium II

铜矿核心的Pentium III

图拉丁核心Pentium III

AMD的K5 CPU

AMD的K6 CPU

Thunderbird核心的Athlon

Palomino核心的Athlon XP 2000+

Socket 462时代的辉煌：Barton核心的2500+

在K8时代，AMD终于获得了和Intel平起平坐的资格。AMD的Althon 64系列CPU不论是性能还是价格都完胜了Intel的Prescott核心Pentium系列，相比Prescott核心超长的流水线，过大的功率和发热量，Althon 64无一不展现了巨大的实力。Althon 64的强大压力，也正是Intel下定决心抛弃沿用多年的Net Burst架构的重要原因。

强悍的Althon 64 FX51

被Althon 64挤压的喘不过气的Prescott核心Pentium系列中的Pentium 570

四、从现在看未来
随着AMD产品线和Intel的产品线继续更新，各种双核“你方唱罢我登场”，“龙”与“肉”的大战越来越激烈，颇有些眼花缭乱的感觉。尤其是AMD放出要开发四核CPU的风声，更使竞争进一步白热化。就将来而展望，双方的“增援部队”已经开始抵达，Intel将拿出新的fix架构，AMD也祭出了K8L架构与之抗衡。可以想见，在将来相当长的一段时间内，CPU之间的战争将是非常的火爆，不过对消费者而言，越激烈的竞争反而越有好处。未来的CPU大战将会是谁引领风骚呢？AMD还是Intel？还是让我们拭目以待吧。
五、额外的一些小知识
1、CPU的内核
CPU的核心可以拆成控制器和运算器两部分。顾名思义，运算器负责CPU的数据运算，而控制器则控制着整个CPU的工作。
提到CPU内核，就不得不说说流水线（Pipeline），简单地说，流水线的就像工业生产上的装配流水线。把CPU中的5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条x86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。流水线越长，CPU的主频越容易提高。但同时带来的却是效率的下降和分支预测错误的增加的弊端，这是因为流水线有两个非常大的问题：相关和转移。这两点太过复杂，这里就不多加说明了。就目前来看，AMD和Intel都找到了自认为的最合适的流水线长度，Prescott核心高达31级的流水线已经成为了过去。不过值得一提的是，Intel保留了为Prescott核心开发的乱序执行技术，这在流水线降低的情况下让CPU更加如虎添翼。
2、缓存
缓存（Cache），打个比方说，就是CPU和内存之间的中转仓库，以缓解CPU和内存速度不同步的问题。缓存对CPU的意义十分重大，目前CPU普遍集成了两级的缓存，某些顶级的CPU甚至集成了三级缓存。不过那样的CPU已经不是普通人能承受的了。相对于普通人所关心的CPU来说，一级，二级缓存的容量和执行效率对性能的影响相当大，Intel的Celeron 4很大程度上就是因为二级缓存的容量过低而造成了“高频低能”的特性。然而，缓存并不是越大越好，大容量的缓存要有相应的管理机制，不然会造成缓存执行效率低下、缓存命中容易出错，反而损害了CPU本身性能的发挥。Intel在经历了Prescott核心大容量二级缓存却效率低下，反而大增发热量的挫折后，重新找到了自己的道路，就目前的情况来看，Intel与AMD的CPU在这方面难分仲伯。
3、前端总线
在CPU里，前端总线（FSB）就是连接CPU和主板北桥芯片之间的路。先进的总线设计结构将会使每秒钟的数据流量更大。从而保证CPU快速计算后的结果能够迅速的与电脑其他配件进行交换。以提高电脑的整体运算性能。目前，Intel的CPU已经达到了1066MHz的前端总线频率。而AMD虽然仍然只有1000MHz的前端总线，但是由于AMD把内存控制器直接集成进入CPU内部，使CPU和内存之间的数据交换不需要再经过北桥芯片的中转，而不再需要和其它硬件的数据（如：显卡的数据）于前端总线，形象地说，就是在内存和CPU之间额外搭建了一条高速公路。不仅从内存和CPU之间的来往可以经由高速公路，作为原有道路的前端总线也会减少大量的数据流量，这与扩大前端总线的流量有异曲同工之妙。




[ 本帖最后由 花间游 于 2007-3-4 11:49 编辑 ]

花间游

二、老用户的升级选择
聊完了双核，我们再来看看老用户们的选择。
首先仍然是Intel上场，Intel的接口比较单一，目前市场上除了少量Socket 478外，都已经步入了LGA 775时代，除了新的双核CPU需要965、975的支持外，其余的Prescott核心的各种Pentium IV、Pentium D等CPU都可以很好的运行在现有的主板上，老用户们升级没有什么问题。就不多加以介绍了。
再来看看AMD，现在的AMD完全摒弃了创造过Barton核心辉煌的Socket 462接口，连Socket 939也开始逐渐被Socket AM2取代——这是一种和AMD服务器CPU针脚数相同，却有着不同的针脚定义的接口，AMD用Socket AM2代替Socket 939占领高端市场，对AMD将来的CPU很有好处，但对用户可就不是什么好消息了，这就表示手里的Socket 939主板将无法再升级新的CPU——除非哪家厂商开发出了转接卡。因此Socket 939的用户，就目前来说，除了更换Socket AM2的主板外，就是看看能不能找到比自己原有CPU更好的Socket 939接口Althon 64了。不过就我个人意见来看，这种更新方法不值得推荐，因为这种方法的性价比实在让人无法夸奖。
对于AMD的中低端用户来说，原本属于中端的Socket 754接口现在一并挑起了低端的责任，在高端产品全面向Socket AM2过渡的情况下，Socket 754应该能够坚持更长一点的时间，因为短时间内统一所有的接口是不现实的，而Socket 754接口已经足够应付中低端CPU的需求，因此AMD应该会在更久以后才开始抛弃Socket 754。因此中低端的用户，除了Socket 462接口的用户需要更换自己的主板外，大可以轻松地挑选各种基于Socket 754接口的CPU——与Socket 939接口不同，Socket 754接口的用户仍有相当大的升级空间， AMD在Socket 754接口上推出了64位的Sempron，就是一个鲜明的例子。
如果还有Socket 370那样的“老老用户”，我的建议是从头到尾彻底更新，Socket 370时代的CPU无论怎么升级都是难以满足现在的需求的，就让它们追随当年的Celeron 300A，留在历史的长河中吧。

花间游

三、CPU的系统简史
1971年，Intel公司生产出了一个划时代的产品：4004。这块仅有16个引脚、只集成了不2300个晶体管的半导体处理器，正是后来那些性能超强的CPU的鼻祖。说它开创了微处理器时代一点也不为过。

4004近照

至4004开始，一直是Intel主导微处理器的发展，历经8008、8080、8085等一系列CPU后，Intel再一次发布了足以开创一个新时代的产品：16位的8086和8087系列CPU，这两个系列的CPU使用相互兼容的指令集，人们也就称呼这些指令集为x86指令集，这也就是x86指令集的来历。

8008

8085

8086

历史似乎特别垂青于Intel。1979年，Intel发布了8088 CPU，它是第一块成功用于个人电脑的CPU。这块CPU集成了29000个晶体管，主频为4.77MHz，地址总线为20位，寻址范围仅仅是1MB内存。1981年，蓝色巨人IBM首次在自己的PC机中采用了8088 CPU，开创了全新的微机时代。
Intel一发不可收，1982~1989年相继推出80286、80386及80486一系列CPU。其中80386是x86系列中的第一款32位CPU，同时采用了更先进的制造工艺：集成了27.5万个晶体管，主频从12.5MHz提升到33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，这说明80386可寻址高达4GB的内存，而这有代表这一块CPU可以使用Windows操作系统了。而80486则是第一块突破了100万个晶体管界限的CPU，它集成了120万个晶体管。同时它还首次在x86系列CPU中使用了RISC（精简指令集），大大提高了运行效率。

80286

80386

80486

1993年，Intel发布了著名的Pentium CPU。早期的几批Pentium CPU存在浮点运算错误的问题。Intel非常有远见地向用户致歉并回收问题产品。尽管这次回收耗费了Intel公司4亿多美元，却为Intel赢得了信誉，Pentium成为了市场上最畅销的产品。

著名的Pentium CPU

从Pentium时代起，Intel已经确立起了CPU领域的绝对霸主地位。但是有人仍然勇敢地向它发起了进攻，那就是杰里•桑德斯和他的AMD公司。AMD公司与Intel其实颇有渊源，它的创始人桑德斯曾是Intel公司的员工，早期的AMD还是Intel的战略合作伙伴，所以有一个时期，市场上的CPU同时印着Intel和AMD两家公司的商标。但随着AMD的实力持续增长，Intel越来越对这个潜在的对手感到不安，双方最终分道扬镳并兵戎相见。AMD在Intel的重重压力下，历经K5、K6系列CPU，终于在K7上打出了一个漂亮的翻身仗。

Pentium II

铜矿核心的Pentium III

图拉丁核心Pentium III

AMD的K5 CPU

AMD的K6 CPU

Thunderbird核心的Athlon

Palomino核心的Athlon XP 2000+

Socket 462时代的辉煌：Barton核心的2500+

在K8时代，AMD终于获得了和Intel平起平坐的资格。AMD的Althon 64系列CPU不论是性能还是价格都完胜了Intel的Prescott核心Pentium系列，相比Prescott核心超长的流水线，过大的功率和发热量，Althon 64无一不展现了巨大的实力。Althon 64的强大压力，也正是Intel下定决心抛弃沿用多年的Net Burst架构的重要原因。

强悍的Althon 64 FX51

被Althon 64挤压的喘不过气的Prescott核心Pentium系列中的Pentium 570

花间游

四、从现在看未来
随着AMD产品线和Intel的产品线继续更新，各种双核“你方唱罢我登场”，“龙”与“肉”的大战越来越激烈，颇有些眼花缭乱的感觉。尤其是AMD放出要开发四核CPU的风声，更使竞争进一步白热化。就将来而展望，双方的“增援部队”已经开始抵达，Intel将拿出新的fix架构，AMD也祭出了K8L架构与之抗衡。可以想见，在将来相当长的一段时间内，CPU之间的战争将是非常的火爆，不过对消费者而言，越激烈的竞争反而越有好处。未来的CPU大战将会是谁引领风骚呢？AMD还是Intel？还是让我们拭目以待吧。

花间游

五、额外的一些小知识
1、CPU的内核
CPU的核心可以拆成控制器和运算器两部分。顾名思义，运算器负责CPU的数据运算，而控制器则控制着整个CPU的工作。
提到CPU内核，就不得不说说流水线（Pipeline），简单地说，流水线的就像工业生产上的装配流水线。把CPU中的5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条x86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。流水线越长，CPU的主频越容易提高。但同时带来的却是效率的下降和分支预测错误的增加的弊端，这是因为流水线有两个非常大的问题：相关和转移。这两点太过复杂，这里就不多加说明了。就目前来看，AMD和Intel都找到了自认为的最合适的流水线长度，Prescott核心高达31级的流水线已经成为了过去。不过值得一提的是，Intel保留了为Prescott核心开发的乱序执行技术，这在流水线降低的情况下让CPU更加如虎添翼。
2、缓存
缓存（Cache），打个比方说，就是CPU和内存之间的中转仓库，以缓解CPU和内存速度不同步的问题。缓存对CPU的意义十分重大，目前CPU普遍集成了两级的缓存，某些顶级的CPU甚至集成了三级缓存。不过那样的CPU已经不是普通人能承受的了。相对于普通人所关心的CPU来说，一级，二级缓存的容量和执行效率对性能的影响相当大，Intel的Celeron 4很大程度上就是因为二级缓存的容量过低而造成了“高频低能”的特性。然而，缓存并不是越大越好，大容量的缓存要有相应的管理机制，不然会造成缓存执行效率低下、缓存命中容易出错，反而损害了CPU本身性能的发挥。Intel在经历了Prescott核心大容量二级缓存却效率低下，反而大增发热量的挫折后，重新找到了自己的道路，就目前的情况来看，Intel与AMD的CPU在这方面难分仲伯。
3、前端总线
在CPU里，前端总线（FSB）就是连接CPU和主板北桥芯片之间的路。先进的总线设计结构将会使每秒钟的数据流量更大。从而保证CPU快速计算后的结果能够迅速的与电脑其他配件进行交换。以提高电脑的整体运算性能。目前，Intel的CPU已经达到了1066MHz的前端总线频率。而AMD虽然仍然只有1000MHz的前端总线，但是由于AMD把内存控制器直接集成进入CPU内部，使CPU和内存之间的数据交换不需要再经过北桥芯片的中转，而不再需要和其它硬件的数据（如：显卡的数据）于前端总线，形象地说，就是在内存和CPU之间额外搭建了一条高速公路。不仅从内存和CPU之间的来往可以经由高速公路，作为原有道路的前端总线也会减少大量的数据流量，这与扩大前端总线的流量有异曲同工之妙。

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