新手装备手册——CPU篇

Author: 李肖峰 Date: 2000年 第37期

  CPU是英文Central Process Unit(中央处理器)的缩写。CPU在电脑中的作用就像我们的心脏和跑车的发动机,由此可见它在电脑中的重要性。因此想进一步了解和掌握电脑,不妨就从CPU开始。
#1    一、品牌和结构
  目前电脑CPU主要有三大品牌,根据规格不同分为Slot(插槽) 和Socket(插座)两种结构。
#1    ● 三大品牌
  CPU的三大品牌是:Intel、AMD和Cyrix。目前Intel依然领导着CPU生产的技术新潮流,所产CPU也占据CPU市场份额的70%以上。AMD公司在三大品牌中仅次于Intel公司,在CPU市场份额上也同样如此,但AMD公司目前在CPU技术上开始赶超Intel,特别是AMD目前推出的Socket A结构的Athlon(速龙)和Duron(钻龙)都已经超过了同等规格的Intel的Pentium Ⅲ(奔腾三代)和Celeron(赛扬)。最后一个是Cyrix公司,现在已由台湾威盛公司兼并,只是至今仍然没什么起色,所开发、生产的Cyrix M2和Cyrix ⅢCPU,无论在技术层次还是在市场份额上目前都无法与Intel和AMD抗衡。
#1    ● 两种结构
  CPU的两种结构分别是安装时使用插槽的Slot结构(^37010301a^1)和安装时使用插座的Socket结构(^37010301b^2)。在Pentium Ⅱ问世之前,CPU基本都采用Socket结构,而且不同品牌的CPU的Socket插座也能互相兼容,用户更换不同品牌的CPU时只要调整主板上几个跳线就可以了,非常方便。但当Intel公司推出Pentium Ⅱ时出于技术需要(但很可能主要出于商业竞争目的),自行开发了具有专利保护的Slot插槽,以后又开发Celeron(Pentium Ⅱ的简化版)专用的Socket 370插座,三大品牌的CPU就被迫在器件接口上首次分道扬镳,AMD公司自行开发了Slot A插槽和Socket A,以便安装自己K7系列的Athlon、速龙和钻龙。而Cyrix公司只有一种Cyrix Ⅲ并且已和Intel达成协议能使用Socket 370插座,因此和Intel公司CPU在安装插座上保持了兼容。由此一来,目前的PC电脑主板也就分为只能使用AMD CPU的主板和只能使用Intel和Cyrix  CPU的主板了。
#1    二、主要技术规格和性能
  CPU技术规格中比较重要的是主频、外频、L1和L2 Cache(一级、二级高速缓存)容量。技术规格决定了CPU的性能,这就是为什么Intel的Celeron Ⅱ运算速度比不上同主频的AMD 钻龙的主要原因。
#1    ● 主频
  主频是CPU最主要的技术指标之一,使用频率单位MHz表示。同一品牌、型号的CPU中,主频高的CPU运算速度比主频低的CPU要快。
#1    ● 外频
  外频是主板时钟发生器为CPU以及其它总线产生的标准时钟信号,也使用MHz表示。CPU以此信号为基准频率进行相应倍频(取决倍频系数)建立标称主频。主频和外频的关系是:主频=外频×倍频因子。
  目前CPU使用的标准外频有66MHz、100MHz和133MHz,今后可能还将有150MHz、200MHz等。AMD的K7系列CPU虽然号称使用200MHz外频,但这是根据CPU与主板芯片组之间采用DDR技术(即利用时钟信号的前后沿同时传输数据)交换数据而言,实际CPU仍然使用100MHz作为基准外频来建立标称主频。
  在CPU主频已高达1000MHz(1GHz)的情况下,依然采用较低的外频,是为了迁就运行速度较慢的PCI、ISA、AGP总线以及与其相连的外部设备如硬盘、显卡等。但外频偏低制约了CPU和内存交换数据的速度,而内存与CPU交换数据的速度越快,系统的处理速度就越快,所以尽管电脑主频相同但使用不同的外频运行时,使用高外频的系统可比使用低外频系统获得更快的运算速度。
#1    ● L1、L2 Cache容量
  从486CPU开始,芯片内部都集成一定容量的Cache(高速缓存),用于CPU运算过程中的数据暂存。目前根据CPU类型不同,在芯片内部分别集成L1 Cache和L2 Cache,其中L1 Cache的容量和速度取决于具体产品型号,一般来说L1 Cache的工作时钟与CPU主频相同,而L2 Cache的工作时钟则根据具体CPU类型不同而分为全速(On-Die Cache)和半速Cache,全速指与CPU主频时钟相同,半速即为主频时钟的一半。另外CPU在运算时如果需要与内存交换数据,通常先在L1、L2高速缓存中查找,如果在这两级高速缓存有CPU所需要的数据,那么就不必要再去系统主内存查找了,因此也就节约了CPU在数据交换方面所产生的延时,因此L1 Cache、L2 Cache的容量越大,CPU就可以减少直接访问内存的次数。因此某种CPU使用的外频频率越高,芯片内部集成的L1、L2高速缓存容量越大,就越表明这款CPU技术规格较高,运算速度也越快。这就是目前AMD公司的钻龙运算速度超过了Intel公司的Celeron Ⅱ的主要原因。
#1    三、内核工作电压、制造工艺和超频能力
#1    ● 内核电压
  自Intel 公司的Pentium MMX开始,CPU开始分别设置I/O电压(Vi/o)和内核工作电压(Vcore)。其中适当提高或降低CPU内核工作电压,可以改进CPU的运行稳定性,这就是近来电脑爱好者利用它进行超频的缘由。
#1    ●制造工艺
  在半导体集成电路的生产技术中通常用微米(μm)来表示制造工艺的先进性,一般情况下生产工艺越精细,则表明集成电路中的元器件之间的间隔越小,不但可以集成更多的元器件,而且器件之间的距离减小可以提高电流通过的速度,降低电路的工作电压,相应也减小了电路功率消耗,因此半导体制造工艺越先进就可以得到运算速度更快、耗能更小的CPU。目前最先进的制造工艺已经达到0.13 μm,并开始应用在Pentium 4等后续产品中。
  另外在实际应用中,生产工艺越先进的CPU超频性能也越好,这可能与制造工艺先进的CPU高频特性好、耗能少、发热量小有关。
#1    四、CPU的主要测试项目
  目前CPU的性能测试主要采用美国ZD测试工具委员会发布的ZD Winstone、ZD WinBench 和ZD 3D WinMark 三套软件。由于ZD测试软件版本随年度更新,所以在这些软件上都带有年度标志,如Winstone 99等等。以下是几种主要测试项目及含义。
#1    ● Business Winstone 99
  这项测试的目的是检验商业配置(安装需测试的CPU的电脑)处理典型商业软件的综合能力和总体性能,测试所得的数值越大表示CPU的性能越优异,这项测试侧重反映的是CPU的整数性能。但这项测试数据能较客观地反映CPU的真实性能,是所有新型CPU发布时必有的测试数据(^37010301c^3)。
#1    ● CPU Mark 99
  CPU Mark测试的目的是考察CPU整数性能,测试所得的数值也是越大越好。
#1    ● FPU WinMark 99
  FPU Winmark专门测试CPU处理浮点数据的能力,所得数值也是越大越好。CPU浮点运算能力主要反应在运行涉及3D图形显示较多的游戏、广告和动画制作软件时的速度,因此主要从事这方面应用的用户应该优先选择浮点性能较好的CPU。
#1    ● 3D WinMark 99和3D Mark 2000指数
  3D WinMark是对CPU处理3D图形方面的综合能力测试,测试数值也是越大越好。另外还有公司采用另一种软件如3D Mark 2000来测试CPU运行3D程序时的实际性能,测试所得的3D Mark 2000指数也是越大越好。
    编后:想了解更多的CPU选购知识,请阅读本期40版《CPU选购经验谈》一文。另外本期的35版还介绍了WinBench 2000的使用,一定不要错过哟。