聚焦CPU

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CPU的英文全称是Central Processing Unit,翻译成中文就是“中央处理器”。CPU对于电脑,就像心脏对于人,电脑所有的处理工作,都是通过CPU来完成的。生产CPU的厂商不多,主要有美国英特尔公司和美国AMD公司,两家的竞争造就了CPU的主流市场。自从2001年10月微软公司推出新版操作系统Windows XP,英特尔和AMD分别表示“Windows XP电脑最适合采用我们的CPU”,很难说他们谁说的对,因为各有千秋。我们这里就选几款两家最新的,并在市场上占主流的CPU,给大家介绍一下。

Intel篇


1. 奔腾4

图1
图1 🔍原图 (228×269)

奔腾4是英特尔最新一代处理器,它目前已经发展了两代,第一代(核心代号是Willamette)使用Socket423插槽,第二代(核心代号是Willamette-N)使用478针插槽。

第一代的主要特色是具有回溯式高速缓冲存储器和深度的流水线操作(deeper pipelining),而且改良了分支预测技术,还有一个带宽值非常高的系统界面。

回溯式高速缓冲存储器是一种创新的一级指令缓冲存储器,用以存储按照动态执行顺序来排序的操作程序,它可以减少分支预测以及由于程序出现循环导致代码溢出一级指令缓冲存储器而造成重复的x86指令。第一代的深度流水线拥有高达20级的流水线工位来执行整数指令,其中的头四级用于拾取指令的工位,是跟回溯式高速缓冲存储器有很大关系的。

第二代和第一代的不同处,除了最明显的时钟速度外,就是它的封装形式了。第二代采用了478针的封装结构(现在采用的423针的结构最终会被478针所取代)。两者之间的主要区别就是前者采用了一种被称为微型PGA的接口标准,针脚的布局和排列更为紧密,从而可以缩小CPU的尺寸,减少CPU插座在主板上的空间占用。

另外,还有计划中即将发行的采用Northwood内核的第三代奔腾4,它将采用478针插座,0.13μm工艺,512KB缓存。Intel考虑把第三代全面提高到533MHz外频,比上代P4的外频提高33%。


2. 奔腾3

图2
图2 🔍原图 (297×239)

奔腾3处理器是一款非常成功的产品,它几乎横扫主流市场,尤其是台式品牌机市场和笔记本市场,它的占有量达到了前所未有的高度。奔腾3一共经历了3次核心上的变化,它的三代核心的代号分别是:第一代Katmai、第二代Coppermine和第三代Tualatin。

第一代的奔腾3核心继续沿用了奔腾2式的Slot插槽,不过是Slot 2。第一代奔腾3为MMX 添加了70条新指令,以增强三维和浮点应用,并让原来支持MMX的软件和WEB开发程序运行得更快。这个技术被命名为MMX2,它可兼容以前的所有MMX程序。三维应用与浮点运算的关系很密切,强化了浮点运算即是加快了三维处理,所以三维动画、图像处理、视频加速、语音识别、音频输出等软件都能从中受益。

第二代奔腾3采用全新的370针架构,时钟频率从500MHz到1000MHz不等。前端总线由原来的100MHz升至133MHz,采用0.18μm的制造工艺,其最大的改进是采用了256KB全速ATC(Advanced Transfer Cache,高级转移缓存)二级缓存,有效地提升了处理器运算效能, 0.18μm的制造工艺带来的则是功耗降低,发热量也随之降低。如果搭配133MHz的主机板将拥有很好的超频能力。从此奔腾3正式进入了133MHz前端总线及0.18μm制造工艺的时代,同时主流奔腾3均采用370针架构。

Intel推出的第三代奔腾3处理器,是奔腾3最后一代产品,它采用最新D0制程的奔腾3 1.13GHz处理器,最大的变化是Vcc电压由1.7V升到1.75V,同时封装形式也将采用FC-PGA2封装。其内核Tualatin以0.13μm生产,同时二级缓存也加大为512K,有1.3G以上的时钟频率。第三代奔腾3发热量非常小,非常有利于超频。

主要支持平台:BX、VIA693/694/Apollo 266、I810/820/815/815E/815EP、SIS635/6303。


3. 赛扬(Celeron)

图3
图3 🔍原图 (189×225)

1998年,Intel全新推出了面向低端市场的第一代赛扬处理器。英特尔把奔腾2的二级缓存和相关电路抽离出来,再把塑料盒子也去掉,改一个名字,就是奔腾赛扬。赛扬采用0.35μm工艺制造,外频为66MHz,最初推出的有266与300两款。接着又出现了333,直到赛扬500。从赛扬333开始,它就已经采取了0.25μm的制造工艺。开始阶段,赛扬抽掉了芯片上的L2 Cache(二级缓存)。300MHz以后的Intel赛扬处理器包括集成的L2缓存128K,300和266MHz Intel赛扬内核有7.5M晶体管。内核由于集成128KL2缓存,有19M的晶体管。

赛扬二代使用0.18μm工艺,使得第二代赛扬有了更高的频率,突破了上代赛扬/奔腾3的0.25μm工艺的600MHz的上限。由于第二代赛扬使用的是第二代奔腾3的核心,所以理所当然的也支持SSE指令,在支持SEE的软件上,会比第一代赛扬有明显的提高。

第一代赛扬全兼容奔腾平台,370针接口的一代赛扬还兼容第二代奔腾3平台,二代赛扬全兼容第二代奔腾3的平台。

第三代赛扬代号是“Prestonia”,处理器和与之配套的Plumas芯片组表明了英特尔公司已经成功地转向了0.13μm生产工艺,第三代赛扬采用奔腾4的核心,按130μm工艺制造,这意味着该芯片的基本外形尺寸是130μm。

AMD篇

AMD打破了Intel在微处理器上的一统天下的局面,市场上目前存在的AMD的CPU主要就是雷鸟和毒龙,还有新出的速龙XP(AthlonXP)。


1. 速龙XP(AthlonXP)

2001年秋季,采用Palomino内核的1.5GHz速龙处理器面世,AMD将其命名为AthlonXP,想要借Windows XP发布的东风扩大其市场份额,为了在CPU主频上跟上Intel的脚步,这次AMD采用了PR标志法。新内核是对以前速龙上配备的CPU内核“K7(开发代码名)”加以改进而成,通过(1)在内置缓存中增加了硬盘预取功能;(2)增加了多媒体/3D浮点SIMD(single instruction multiple data)指令等52种可与英特尔SSE(Internet Streaming SIMD Extensions)兼容的新命令以及SSE注册(总称为3DNow! Professional命令),提高了微处理器的性能。另外,还增加了低耗电运行功能,如对CPU内核的晶体管结构以及电路进行低耗电设计,配备可测量CPU内核温度、控制工作频率的热敏二极管等。

速龙XP使用0.18μm铜布线技术制造,在128mm2的面积上集成了128KB的一级缓存与256KB的二级缓存等3750万个晶体管。外部总线(FSB:front side bus)工作频率为266MHz,工作电压为1.75V。现有速龙的最高工作频率为

1.4GHz,以此为基准值1400+,如1500+、1600+、1700+、1800+这样,款式编号数字越大就表示性能越高。比如以1.33GHz频率工作的速龙XP 1500+,其工作频率比原有的以1.4GHz频率工作的速龙要低,但性能却超出以1.4GHz频率工作的速龙。另外,与奔腾4相比,速龙XP的定位由价位决定,也就是说以

1.33GHz频率工作的速龙XP 1500+的价格,大致设定为与以1.5GHz频率工作的奔腾4同等价位。

2002年第一季度发布速龙XP 1900+和速龙XP 2000+的实际频率会是1.6GHz和1.67GHz,而在3月份发布的速龙XP2100+的实际频率是1.73GHz。在此之后,AMD将会转用0.13μm制程的Thoroughbred核心,将继续采用这种频率标称方式。


2. 雷鸟(Thunderbird)

雷鸟根据运行频率的不同,在金属连线上有两种不同方式:铝金属连接以及铜金属连接。两种版本雷鸟的性能和发热量是一样的。雷鸟与老式速龙最大不同点就是:雷鸟采用了独立的缓存体系,而旧式速龙和奔腾3都是采用包含式的缓存体系。

在包含式的缓存体系中,来自L1 缓存的每个缓存块都会在L2 缓存中复制。由于每块速龙处理器都拥有128KB L1缓存,那么传统的速龙处理器就需要在它512KB的L2缓存中腾出128 KB 空间用于存放L1缓存的128KB数据,这导致速龙的L2缓存实际上只有384KB可供存放新的指令。需要注意的是,此时,旧式速龙的L2 缓存实际上只运行于处理器内核的一半。

在雷鸟所采用的独立式缓存体系中,256KB L2高速缓存存储器都被用于存放新的指令,尽管这个数目少于旧式速龙,但是雷鸟的L2缓存是同处理器内核工作速率同步运行的,这使得它拥有更加高的总体性能和效率,雷鸟的L2 缓存与处理器之间的总线依然是64-bit。

雷鸟的主要支持平台:KT133、KT133A、KM133、KX133、KT266、KT266A、SIS735、AMD 605、AMD760\761。


3. 毒龙(Duron)

AMD的毒龙处理器主要面对低端处理器市场,第一代的毒龙处理器的代号是Spitfie,它的内核集成了全速64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存,二者构成了毒龙处理器128KB庞大的一级缓存,而二级缓存只有64KB。内核结构采用了3条各自独立的整数管线、3条各自独立的地址计算管线以及全管线化的乱序三路浮点引擎。

在硅芯片的电路设计和制造方面,毒龙和新速龙是不同,但从用户的角度来看,毒龙和新速龙内核在功能上基本一致。由于二级缓存的减少其整数运算性能只能达到同频速龙的85%,而浮点性能主要同CPU的主频有关,所以没有什么降幅。它使用的100MHz外频的EV6总线使其等效于200MHz外频,比起赛扬的66MHz外频领先了近3倍。

毒龙在出厂时是锁定倍频的,但我们只要买到可调倍频的主板,破解毒龙和速龙的倍频就非常容易。毒龙的主板与速龙相同,未来可以轻易地升级到雷鸟。近期133MHz外频的毒龙即将发布,带宽又较以前提高了1/3,AMD再次的挖掘了毒龙的潜力。2001年上半年毒龙的下一代处理器(核心代号是Margon)发布,主频从900MHz起跳,仍使用0.18μm工艺制造,在2002年初将转入0.13μm工艺生产。用于笔记本PC的移动毒龙处理器也刚刚发布,其是目前首枚对应笔记本市场的第7代处理器,首批产品的速度将是600MHz到700MHz。

毒龙基本上与速龙CPU的平台通用。

(孔晓辉)