第3章 中央处理器CPU

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中央处理器CPU 第3章 中央处理器CPU
3.1.9 虚拟化技术
虚拟化技术(Vanderpool)允许一个平台运 允许一个平台运 虚拟化技术 行多操作系统并且应用程序都可以在独立的 空间内运行而互不影响. 空间内运行而互不影响.
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3.1.10可信执行技术 可信执行技术 可信任执行技术( 可信任执行技术(Trusted Execution Technology),简称TXT技术,是英特尔研发的 ),简称 技术, ),简称 技术 一项新的安全技术.通过使用 模块芯片, 一项新的安全技术.通过使用TXT模块芯片,可 模块芯片 以有效确保用户计算机免受各种安全威胁. 以有效确保用户计算机免受各种安全威胁.TXT 技术将使用硬件密钥和子系统来控制电脑内部的 资源, 资源,并决定谁或什么程序将被允许访问或拒绝 访问这些资源. 访问这些资源.
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CPU主要技术 3.1 CPU主要技术
3.1.1 字长或位数 CPU的字长通常是指CPU内部数据总线宽 度或位数. 如Pentium4 CPU内部数据线为32位,而外 部地址线是36位, 外部数据线为64位.它的字 长仍然为32位,所以Pentium4还是32位处理器, 而不能称为64位处理器.
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3.1.12 CPU的封装技术 的封装技术 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. 瓷材料打包的技术. CPU制造工艺的最后一步也 制造工艺的最后一步也 是最关键一步就是CPU的封装技术. 的封装技术. 是最关键一步就是 的封装技术 CPU芯片封装技术有 芯片封装技术有LGA封装等.只有保证高 封装等. 芯片封装技术有 封装等 品质的封装技术,才能生产出高质量的CPU产品. 产品. 品质的封装技术,才能生产出高质量的 产品
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X86-64 X86-64(也叫AMD64), (也叫 ),AMD公司设计,可以在同 公司设计, ), 公司设计 一时间内处理64位的整数运算,并兼容于 架构. 一时间内处理 位的整数运算,并兼容于X86-32架构. 位的整数运算 架构
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SSE4 指 令 集 将 分 为 两 个 版 本 : 4.1 和 4.2 , SSE4.1版本随着45nm Penryn发布,而SSE4.2版本 将会随着下一代架构Nehalem发布. CPU具有特殊扩展指令集后还必须在应用程 序的相应支持下才能发挥作用.
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前端总线(FSB:Front Side Bus)指主板芯 前端总线 片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通道, 因此也可以称为是CPU的外部总线. 在PⅢ以前,前端总线频率和外频没有什么 区别,前端总线频率也就是外频. 但,P4 处理器工作在200MHz的外频时, 由于P4采用了4条64位宽的前端总线,即我们常 说的四通道前端总线,每个通道工作频率还是 200MHz , 那 么 该 P4 的 前 端 总 线 频 率 变 为 4×200MHz =800MHz,
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TXT技术将提供的功能包括: 技术将提供的功能包括: 技术将提供的功能包括 1.程序执行保护 . 2.加密存储 . 3.受保护的输入 . 4.受保护的图形 . 5.受保护的发布 . 6.自我证明 .
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3.SSE是因特网数据流单指令序列扩展,SSE 包括了原MMX和3D Now!指令集中的所有功能, 而且特别加强了浮点处理能力. SSE有SSE1,SSE2,SEE3,SSE4指令集 SSE4 增加了50条性能增强指令.这些指令优 化矢量编译,媒体,文本和字符串处理以及程序 目标加速.包括图形/图像处理,视频处理, 2D/3D创作,多媒体,游戏,内存敏感负载,高性 能计算等应用都会受益.构建于英特尔32,64 指 令集架构 .
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3.1.7 超线程技术 超线程技术,简称HTT技术就是在CPU中加入两个 逻辑处理单元,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,使单个处理器能同时使两个线程 并行工作,从而兼容多线程操作系统和软件,提高处理 器的性能.使用超线程技术可以使CPU的性能提高25% 左右. 支持超线程技术需软硬件的支持,硬件方面需要主板 芯片组的支持,软件方面需要BIOS和操作系统的支持. 例如使用超线程技术的处理器安装完Windows XP后,在 设备管理器中能看到两个处理器图标. -20-
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回写式Cache是在CPU 将数据写入Cache 时 并不立即将数据写入内存中,而是等CPU 空闲 时再把数据写入内存中. 这样可以减少CPU将数据写入内存的次数, 从而提高系统运行的速度. 但这种方式在突然断电的情况下容易引起数 据丢失.现在的CPU大都采用回写式Cache.
EM64T EM64T(Extended Memory 64 Technology: ( : Intel扩展内存 技术)技术,将同时支持 和64 扩展内存64技术 扩展内存 技术)技术,将同时支持32和 位运算,让处理器同时执行32-bit和64-bit应用程 位运算,让处理器同时执行 和 应用程 个分别为32位和 序.EM64T有2个分别为 位和 的sub-mode组 有 个分别为 位和64的 组 在运行64位程序时才会采用 位程序时才会采用64位 成,在运行 位程序时才会采用 位sub-mode工 工 作方式,而在处理32位运算时依然是 位运算时依然是IA32工作结 作方式,而在处理 位运算时依然是 工作结 构. Intel的EM64T将完全兼容 的 将完全兼容AMD的X86-64技术. 技术. 将完全兼容 的 技术
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为了提高CPU的工作频率,就在CPU内部增加 一个时钟倍频电路,这个时钟倍频电路将从CPU外 部接收到时钟信号,即外频,按照一定的倍频系 数提高,从而获得CPU实际运行的工作频率,这个 频率就是CPU的主频.这样CPU主频,外频和倍频 系数关系如下: CPU主频 = CPU外频×倍频系数 主频 外频× 外频 如3.5G的P4外频是133MHz,倍频系数就是26.3.
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3.1.8 多核心技术
单芯片多处理器CMP(Chip multiprocessors), ( 单芯片多处理器 ), 有时也称多核心,是由美国斯坦福大学提出的, 有时也称多核心,是由美国斯坦福大学提出的,其思 想是将大规模并行处理器中的SMP(对称多处理器) 想是将大规模并行处理器中的 (对称多处理器) 集成到同一芯片内,各个处理器并行执行不同的进程. 集成到同一芯片内,各个处理器并行执行不同的进程. 由于CPU性能的提高遇到"摩尔定律"所设置的 瓶颈部,Intel公司和AMD公司开始把目光转向提高 CPU的功能,生产出双核心,四核心,六核心等多核 心的CPU.
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3.1.6 CPU的核心代号 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核心代号或核心类型. 核心代号代表了CPU的工作性能. 每一种核心类型都有其相应的制造工艺,核 心电压,晶体管数量,主频范围等. 所以采用新核心的产品往往比老产品具有更好 的性能.
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二级缓存容量也分别提升至3MB,6MB两个标 准版本,未来的四核版本更是到达惊人的12MB容 量.
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3.1.4 指令特殊扩展技术 指令特殊扩展技术指CPU有对x86 指令集进 行指令扩展的技术,目的是提高计算机的性能. 1.MMX主要用于增强CPU对多媒体信息的 处理,提高CPU处理3D图形,视频和音频信息 的能力. 2.3D NOW!是重点提高了AMD公司K6系 列CPU对3D图形的处理能力.
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从486 CPU 开始,CPU芯片中集成了一定 容量的Cache 高速缓存. 目前CPU一般设有一级缓存(L1 Cache) 和二级缓存(L2 Cache)来提高Cache的命中率. 一般来说,设在CPU芯片内的L1 Cache的工作频 率 与 CPU 的 主 频 相 同 . 设 在 CPU 芯 片 内 的 L2 Cache运行速度分为两种,一种与CPU的主频相 同,称为全速快取.另种是CPU的主频一半, 称为半速.
中央处理器简称CPU(Central Processing Unit)是整个计算机系统的核心.CPU主要包括 运算器,控制器和寄存器三个部件.
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运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算; 运算器 控制器是指挥中心,控制运算器及其它部件工 控制器 作,它能对指令进行分析,作出相应的控制; 寄存器是用来暂时存放运算的中间结果或数据. 寄存器 这三个部件相互协调,便可以进行分析,判断, 运算并控制计算机各部分协调工作.
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3.1 CPU主要技术 主要技术 3.2 处理器发展历程 3.3 CPU选购与辩别 选购与辩别 3.4 关于超频问题 3.5 CPU故障分析与排除 故障分析与排除
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3.1.11 CPU的工作电压 的工作电压 CPU的工作电压(Supply Voltage)指的是 的工作电压( 的工作电压 ) CPU正常工作所需的电压.目前主流的CPU工作 正常工作所需的电压.目前主流的 正常工作所需的电压 工作 电压都低于1.5V.如1.30V,1.35V或1.40V等. . 电压都低于 , 或 等 CPU的电压越低,它的发热量越小. 的电压越低,它的发热量越小. 的电压越低
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3.1.3 高速缓冲存储器Cache Cache就是用来存放CPU将要处理的数据. 或者说根据Cache的算法,将程序有可能要执行 的指令或数据先放到Cache中.
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当CPU向Cache写数据时有两种方式,一种 称为写通式(Cache Write Through),另一种称 为回写式(Cache Write Back). 写通式Cache 的工作原理是在CPU 对Cache 写入数据的同时,将数据也写入到内存中,这 样可保证Cache 中的内容与内存中的内容完全一 致.这种方式简单,可靠.但由于每次对Cache 更新时都要对内进行写操作,因此总线工作频 繁,运行速度也会受到影响.
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3.15 CPU的生产工艺 CPU生产工艺是指CPU制造工艺技术.目前生产 CPU主要是采用"光刀"加工各种电路和元器件的,并 采用金属铜沉淀在硅材料上后用"光刀"刻成导线连接 各元器件. 现在光刻的精度一般用纳米(nm)表示,精度越高 表示生产工艺越先进.精度越高则可以在相同面积的硅 材料上生产出更多的元件,所加工出的连接导线也就越 细和越短,这样生产出的CPU工作频率可以做得更高.
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3.1.2 CPU主频,外频,FSB频率 CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线 频率,是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实 际运行频率,也就是CPU自身工作频率. 要使CPU工作,必须有一个频率发生器为CPU 提供正常的工作频率. CPU的外频是指CPU从主板上获得的工作频率. 它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的基准时钟 频率,也就是主板的工作频率.