10CPU和主板的详细解释.docx

10CPU和主板的详细解释.docx

《10CPU和主板的详细解释.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10CPU和主板的详细解释.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

10CPU和主板的详细解释

CPU和主板的详细解释

首先是CPU篇

一、适用类型

“CPU适用类型”是指该处理器所适用的应用类型，针对不同用户的不同需求、不同应用范围，CPU被设计成各不相同的类型，即分为嵌入式和通用式、微控制式。

嵌入式CPU主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，其应用极其广泛，像移动电话、DVD、机顶盒等都是使用嵌入式CPU。

微控制式CPU主要用于汽车空调、自动机械等自控设备领域。

而通用式CPU追求高性能，主要用于高性能个人计算机系统（即PC台式机）、服务器（工作站）以及笔记本三种。

　　台式机的CPU，就是平常大部分场合所提到的应用于PC的CPU，平常所说Intel的奔腾4、赛扬、AMD的AthlonXP等等都属于此类CPU。

　　应用于服务器和工作站上的CPU，因其针对的应用范围，所以此类CPU在稳定性、处理速度、同时处理任务的数量等方面的要求都要高于单机CPU。

其中服务器（工作站）CPU的高可靠性是普通CPU所无法比拟的，因为大多数的服务器都要满足每天24小时、每周7天的满符合工作要求。

由于服务器（工作站）数据处理量很大，需要采用多CPU并行处理结构，即一台服务器中安装2、4、8等多个CPU，需要注意的是，并行结构需要的CPU必须为偶数个。

对于服务器而言，多处理器可用于数据库处理等高负荷高速度应用；而对于工作站，多处理器系统则可以用于三维图形制作和动画文件编码等单处理器无法实现的高处理速度应用。

另外许多CPU的新技术都是率先开发应用于服务器（工作站）CPU中。

　　在最早期的CPU设计中并没有单独的笔记本CPU，均采用与台式机的CPU，后来随着笔记本电脑的散热和体积成为发展的瓶颈时，才逐渐生产出笔记本专用CPU。

受笔记本内部空间、散热和电池容量的限制，笔记本CPU在外观尺寸、功耗（耗电量）方面都有很高的要求。

笔记本电池性能是十分重要的性能，CPU的功耗大小对电池使用时间有着最直接的影响，所以为了降低功耗笔记本处理器中都包含有一些节能技术。

在无线网络将要获得更多应用的现在，笔记本CPU还增加了一些定制的针对无线通信的功能。

　　服务器CPU和笔记本CPU都包含有各自独特的专有技术，都是为了更好的在各自的工作条件下发挥出更好的性能。

比如服务器的多CPU并行处理，以及多核多线程技术；笔记本CPU的SpeedStep（可自动调整工作频率及电压）节能技术。

　　封装方式三者也有不同之处，笔记本CPU是三者中最小最薄的一种，因为笔记本处理器的体积需要更小，耐高温的性能要更佳，因此在制造工艺上要求也就更高。

　　三者在稳定性中以服务器CPU最强，因为其设计时就要求有极低的错误率，部分产品甚至要求全年满负荷工作，故障时间不能超过5分钟。

　　台式机CPU工作电压和功耗都高于笔记本CPU，通常台式机CPU的测试温度上限为75摄氏度，超过75摄氏度，工作就会不稳定，甚至出现问题；；而笔记本CPU的测试温度上限为100摄氏度；服务器CPU需要长时间的稳定工作，在散热方面的要求就更高了。

　　在选购整机尤其是有特定功能的计算机（如笔记本、服务器等）时，需要注意CPU的适用类型，选用不适合的CPU类型，一方面会影响整机的系统性能，另一方面会加大计算机的维护成本。

单独选购CPU时候也要注意CPU的适用类型，建议按照具体应用的需求来购买CPU。

----------------------------------------------------------------------（icat整理于6月23日）

二、系列型号

　　CPU厂商会给属于同一系列的CPU产品定一个系列型号，而系列型号则是用于区分CPU性能的重要标示。

英特尔公司的主要CPU系列型号有Pentium、PentiumPro、PentiumII、PentiumIII、Pentium4、Pentium4EE、Pentium-m、Celeron、CeleronII、CeleronIII、CeleronIV、CeleronD、Xeon等等。

而AMD公司则有K5、K6、K6-2、Duron、AthlonXP、Sempron、Athlon64、Opteron等等。

----------------------------------------------------------------------（icat整理于6月23日）

三、接口类型

　　我们知道，CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。

CPU经过这么多年的发展，采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。

而目前CPU的接口都是针脚式接口，对应到主板上就有相应的插槽类型。

CPU接口类型不同，在插孔数、体积、形状都有变化，所以不能互相接插。

Socket775

　　Socket775又称为SocketT，是目前应用于IntelLGA775封装的CPU所对应的接口，目前采用此种接口的有LGA775封装的Pentium4、Pentium4EE、CeleronD等CPU。

与以前的Socket478接口CPU不同，Socket775接口CPU的底部没有传统的针脚，而代之以775个触点，即并非针脚式而是触点式，通过与对应的Socket775插槽内的775根触针接触来传输信号。

Socket775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

随着Socket478的逐渐淡出，Socket775将成为今后所有Intel桌面CPU的标准接口。

Socket754

　　Socket754是2003年9月AMD64位桌面平台最初发布时的CPU接口，目前采用此接口的有低端的Athlon64和高端的Sempron，具有754根CPU针脚。

随着Socket939的普及，Socket754最终也会逐渐淡出。

Socket939

　　Socket939是AMD公司2004年6月才推出的64位桌面平台接口标准，目前采用此接口的有高端的Athlon64以及Athlon64FX，具有939根CPU针脚。

Socket939处理器和与过去的Socket940插槽是不能混插的，但是，Socket939仍然使用了相同的CPU风扇系统模式，因此以前用于Socket940和Socket754的风扇同样可以使用在Socket939处理器。

Socket940

　　Socket940是最早发布的AMD64位接口标准，具有940根CPU针脚，目前采用此接口的有服务器/工作站所使用的Opteron以及最初的Athlon64FX。

随着新出的Athlon64FX改用Socket939接口，所以Socket940将会成为Opteron的专用接口。

Socket603

　　Socket603的用途比较专业，应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台，采用此接口的CPU是XeonMP和早期的Xeon，具有603根CPU针脚。

Socket603接口的CPU可以兼容于Socket604插槽。

Socket604

　　与Socket603相仿，Socket604仍然是应用于Intel方面高端的服务器/工作站平台，采用此接口的CPU是533MHz和800MHzFSB的Xeon。

Socket604接口的CPU不能兼容于Socket603插槽。

Socket478

　　Socket478接口是目前Pentium4系列处理器所采用的接口类型，针脚数为478针。

Socket478的Pentium4处理器面积很小，其针脚排列极为紧密。

英特尔公司的Pentium4系列和P4赛扬系列都采用此接口。

SocketA

SocketA接口，也叫Socket462，是目前AMD公司AthlonXP和Duron处理器的插座接口。

SocketA接口具有462插空，可以支持133MHz外频。

Socket423

　　Socket423插槽是最初Pentium4处理器的标准接口，Socket423的外形和前几种Socket类的插槽类似，对应的CPU针脚数为423。

Socket423插槽多是基于Intel850芯片组主板，支持1.3GHz～1.8GHz的Pentium4处理器。

不过随着DDR内存的流行，英特尔又开发了支持SDRAM及DDR内存的i845芯片组，CPU插槽也改成了Socket478，Socket423接口也就销声匿迹了。

Socket370

　　Socket370架构是英特尔开发出来代替SLOT架构，外观上与Socket7非常像，也采用零插拔力插槽，对应的CPU是370针脚。

英特尔公司著名的“铜矿”和”图拉丁”系列CPU就是采用此接口。

SLOT1

　　SLOT1是英特尔公司为取代Socket7而开发的CPU接口，并申请的专利。

这样其它厂商就无法生产SLOT1接口的产品。

SLOT1接口的CPU不再是大家熟悉的方方正正的样子，而是变成了扁平的长方体，而且接口也变成了金手指，不再是插针形式。

SLOT1是英特尔公司为PentiumⅡ系列CPU设计的插槽，其将PentiumⅡCPU及其相关控制电路、二级缓存都做在一块子卡上，多数Slot1主板使用100MHz外频。

SLOT1的技术结构比较先进，能提供更大的内部传输带宽和CPU性能。

此种接口已经被淘汰，市面上已无此类接口的产品。

SLOT2

　　SLOT2用途比较专业，都采用于高端服务器及图形工作站的系统。

所用的CPU也是很昂贵的Xeon（至强）系列。

Slot2与Slot1相比，有许多不同。

首先，Slot2插槽更长，CPU本身也都要大一些。

其次，Slot2能够胜任更高要求的多用途计算处理，这是进入高端企业计算市场的关键所在。

在当时标准服务器设计中，一般厂商只能同时在系统中采用两个PentiumⅡ处理器，而有了Slot2设计后，可以在一台服务器中同时采用8个处理器。

而且采用Slot2接口的PentiumⅡCPU都采用了当时最先进的0.25微米制造工艺。

支持SLOT2接口的主板芯片组有440GX和450NX。

SLOTA

　　SLOTA接口类似于英特尔公司的SLOT1接口，供AMD公司的K7Athlon使用的。

在技术和性能上，SLOTA主板可完全兼容原有的各种外设扩展卡设备。

它使用的并不是Intel的P6GTL+总线协议，而是Digital公司的Alpha总线协议EV6。

EV6架构是种较先进的架构，它采用多线程处理的点到点拓扑结构，支持200MHz的总线频率。

----------------------------------------------------------------------（icat整理于6月23日）

四、针脚数

　　目前CPU都采用针脚式接口与主板相连，而不同的接口的CPU在针脚数上各不相同。

CPU接口类型的命名，习惯用针脚数来表示，比如目前Pentium4系列处理器所采用的Socket478接口，其针脚数就为478针；而AthlonXP系列处理器所采用的Socket462接口，其针脚数就为462针。

接口类型针脚数

SOCKET775775

SOCKET939939

SOCKET940940

SOCKET754754

SOCKETA（462）462

SOCKET478478

SOCKET604604

SOCKET603603

SOCKET423423

SOCKET370370

----------------------------------------------------------------------（icat整理于6月23日）

五、主频

　　在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。

脉冲信号之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。

频率是描述周期性循环信号（包括脉冲信号）在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫）。

电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。

频率在数学表达式中用“f”表示，其相应的单位有：

Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。

其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。

计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：

s（秒）、ms（毫秒）、μs（微秒）、ns（纳秒），其中：

1s=1000ms，1ms=1000μs，1μs=1000ns。

　　CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率（CPUClockSpeed）。

通常所说的某某CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。

很多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。

CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。

主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等等）。

由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。

比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能已较低的主频，达到英特尔公司的Pentium4系列CPU较高主频的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式来命名。

因此主频仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

　　CPU的主频不代表CPU的速度，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。

举个例子来说，假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令，那么当CPU运行在100MHz主频时，将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。

因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半，也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半，自然运算速度也就快了一倍。

只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度，还与其它各分系统的运行情况有关，只有在提高主频的同时，各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后，电脑整体的运行速度才能真正得到提高。

　　提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。

由于CPU是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要导线进行联接，由于在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。

因此制造工艺的限制，是CPU主频发展的最大障碍之一。

----------------------------------------------------------------------（icat整理于6月23日）

六、封装技术

　　所谓“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。

以CPU为例，我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等元件经过封装后的产品。

　　封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。

因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。

另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。

由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。

封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。

因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。

　　目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能起着密封和提高芯片电热性能的作用。

由于现在处理器芯片的内频越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。

封装时主要考虑的因素：

芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：

1

引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能

基于散热的要求，封装越薄越好

　　作为计算机的重要组成部分，CPU的性能直接影响计算机的整体性能。

而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术，采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。

只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。

CPU芯片的封装技术：

DIP技术

QFP技术

PFP技术

PGA技术

BGA技术

目前较为常见的封装形式：

OPGA封装

mPGA封装

CPGA封装

FC-PGA封装

FC-PGA2封装

OOI封装

PPGA封装

S.E.C.C.封装

S.E.C.C.2封装

S.E.P.封装

PLGA封装

CuPGA封装

----------------------------------------------------------------------（icat整理于6月23日）

七、核心类型

　　核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。

CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。

各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。

　　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核心类型。

　　不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如Pentium4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood核心就分为B0和C1等版本），核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化普通消费者是很少去注意的。

每一种核心类型都有其相应的制造工艺（例如0.25um、0.18um、0.13um以及0.09um等）、核心面积（这是决定CPU成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集（这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口类型（例如Socket370，SocketA，Socket478，SocketT，Slot1、Socket940等等）、前端总线频率（FSB）等等。

因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。

　　一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的Northwood核心Pentium41.8AGHz就要比Willamette核心的Pentium41.8GHz性能要高），但这也不是绝对的，这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。

例如，早期Willamette核心Socket423接口的Pentium4的实际性能不如Socket370接口的Tualatin核心的PentiumIII和赛扬，现在的低频Prescott核心Pentium4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium4等等，但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善，新核心的中后期产品的性能必然会超越老核心产品。

　　CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积（这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格）、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器等等）以及双核心和多核心（也就是1个CPU内部有2个或更多个核心）等。

CPU核心的进步对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。

　　在CPU漫长的历史中伴随着纷繁复杂的CPU核心类型，以下分别就IntelCPU和AMDCPU的主流核心类型作一个简介。

主流核心类型介绍（仅限于台式机CPU，不包括笔记本CPU和服务器/工作站CPU，而且不包括比较老的核心类型）。

INTEL核心

Tualatin

　　这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心，是Intel在Socket370架构上的最后一种CPU核心，采用0.13um制造工艺，封装方式采用FC-PGA2和PPGA，核心电压也降低到了1.5V左右，主频范围从1GHz到1.4GHz，外频分别为100MHz（赛扬）和133MHz（PentiumIII），二级缓存分别为512KB（PentiumIII-S）和256KB（PentiumIII和赛扬），这是最强的Socket370核心，其性能甚至超过了早期低频的Pentium4系列CPU。

Willamette

　　这是早期的Pentium4和P4赛扬采用的核心，最初采用Socket423接口，后来改用Socket478接口（赛扬只有1.7GHz和1.8GHz两种，都是Socket478接口），采用0.18um制造工艺，前端总线频率为400MHz，主频范围从1.3GHz到2.0GHz（Socket423）和1.6GHz到2.0GHz（Socket478），二级缓存分别为256KB（Pentium4）和128KB（赛扬），注意，另外还有些型号的Socket423接口的Pentium4居然没有二级缓存！

核心电压1.75V左右，封装方式采用Socket423的PPGAINT2，PPGAINT3，OOI423-pin，PPGAFC-PGA2和Socket478的PPGAFC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等。

Willamette核心制造工艺落后，发热量大，性能低下，已经被淘汰掉，而被Northwood核心所取代。

Northwood

　　这是目前主流的Pentium4和赛扬所采用的核心，其与Willamette核心最大的改进是采用了0.13um制造工艺，并都采用Socket478接口，核心电压1.5V左右，二级缓存分别为128KB（赛扬）和512KB（Pentium4），前端总线频率分别为400/533/800MHz（赛扬都只有400MHz），主频范围分别为2.0GHz到2.8GHz（赛扬），1.6GHz到2.6GHz（400MHzFSBPentium4），2.26GHz到3.06GHz（533MHzFSBPentium4）和2.4GHz到3.4GHz（800MHzFSBPentium4），并且3.06GHzPentium4和所有的800MHzPentium4都支持超线程技术（Hyper-ThreadingTechnology），封装方式采用PPGAFC-PGA2和PPGA。

按照Intel的规划，Northwood核心会很快被Prescott核心所取代。

Prescott

　　这是Intel新的CPU核心，最早使用在Pentium4上，现在低端的赛扬D也大量使用此核心，其与Northwood最大的区别是采用了0.09um制造工艺和更多的流水线结构，初期采用Socket