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初学者问答集----CPU篇
发表日期:2006-09-11 16:16:53作者: 出处:001硬件基地  

  为了让初学者朋友们更容易学会用电脑,我把以前回答的问题整理成一份资料,详细介绍电脑的各种知识。希望掌握21世纪新技术的各位,千万不要错过这个好机会哦。

  说起计算机,最重要的东西是什么?不知道,给点提示吧,人类用什么想东西的?对了!是大脑。那么计算机的大脑呢?当然是CPU啦,下面我们就来探讨一下这颗体积小威力大的芯片。

:我常听朋友说他的电脑型号是奔腾III,请问这个“奔腾-III”是什么?

:奔腾III并不是电脑的型号,而是电脑内部其中一个配件的型号。那个配件叫做CPU,全称为Center Processing Unit(中央处理器),它控制着整个系统的生杀大权,是电脑的最高指挥官。每一个命令的执行,每一次数学与逻辑的运算,每一组数据的存储与传送,还有外围设备的I/O(Input/Output,输入/输出)操作,都是由CPU管理。换句话来说,没有CPU的电脑就不是电脑。

:486、586代表什么?是否数字越高,CPU的速度越快?

:CPU是电脑的核心,它的速度也决定了电脑的档次。486、586等说法代表了CPU的型号,不过
被称作第五代CPU的586,并非正式叫法,这关系到一段历史。IBM/PC的中央处理器最早英特尔公司生产的,后来其它半导体厂商见有利可图,也加入到CPU市场,由于数字不能注册成商标,英特尔无法保护自己的利益,不得不使用386或486芯片这类统称。从商业角度来说,此种状况对英特尔极为不利,为了区别自身与其它产品的不同,它决定在486之后取消以前的命名规则。把新的586芯片称为奔腾,随之诞生了一系列的奔腾x,如多能奔腾(Pentium MMX)、高能奔腾(Pentium Pro)、奔腾II(Pentium II)、奔腾III(Pentium III),而Cyrix则改成5x86、6x86、M2和M3,AMD变为了K5、K6-x(1/2/3)和K7。

如果按传统的命名方法,确实是数字越高,CPU速度越快,比如686肯定快过586一样。但英特尔转换了游戏规则,从而使判别变得极为困难,如6x86不一定比奔腾快,不过字面上的含义很容易令人误会。所以CPU的速度还要从工作频率及体系结构方面综合考虑,才能得出正确的答案。

:赛扬366中的366指的是CPU的工作频率吗?频率越高,速度越快,对不对?

:366是CPU的工作频率,它的单位为MHz(Million Hertz,兆赫兹),通常在CPU型号之后都标明了它的工作频率。注意:电脑的计量单位和我们平常用的单位有少微差异,1M称为一兆,而不是一百万。此类方法是大多数产品采用的频率命名方法,但有少量产品,则选择了PR(Performance Rate,性能比率)的比较法作为标识。比如:6x86-PR120,它的工作频率并没达到120MHz,只是其整数能力(不包括浮点运算!)与奔腾120MHz相当。这是某些公司的特殊提速方法,它们用改变架构和缓存容量来实现速度上的飞跃,一般只适用于商业的整数运算,对多媒体应用的浮点没有多大帮助。换言之,浮点能力由CPU真实频率决定,是难以用奇门武功突进的,必须扎扎实实地修炼,半点也取巧不得。

普通命名法和PR命名法的CPU,都是频率越高速度越快。不过,在普通与PR比较时,就要异常小心,最好是把整数和浮点分开讨论,才能得出准确的判断。

:CPU的工作时钟是怎样计算出来的,有一定规则吗?

:每一个CPU都有一个叫CLOCK(时钟)的接脚,筒称CLK,也就是提供给CPU处理数据的工作时钟,有时我们称之为频率,以MHz(Mega Hertz)为单位,提供给CPU频率的高低涉及到CPU的倍频或除频。经过内部倍频或除率,得到的内部频率才是CPU执行指令的工作时钟(或工作频率),CPU频率的高低和CPU内部的结构以及指令处理的方式都关系着CPU处理指令的快慢,如CPU内部采用超级标量流水线(Super Scalar Pipeline)指令的处理结构,内部高速缓存的容量、指令的译码,程序的编译、是复杂指令集(CISC)或是精简指令集(RISC)的处理,这些都关系着CPU的处理速度。一般CPU的工作时钟以它的型号来表示,如Pentium-l66中的166MHz、Pentium-200中的200MHz,在相同的结构下,CPU型号的数值越高者,其速度越快,当然价格也越高。

时钟发生器为CPU提供处理时种,也就是为CPU提供的工作频率,它会随着CPU型号规格的不同而不同。早期286/386的CPU由于其内部有除2的除频电路,所以外部的频率是286/386 CPU 工作频率的一倍,经它的内部除2,即为CPU使用的工作频率,如80286-20,80386-20,CPU外部的时钟发生器会提供40MHz的频率给CPU,经CPU内部除2,即为80286-20或80386-20的20MHz的工作时钟。但是,从486DX2,486DX4和Pentium CPU开始,CPU的内部即以倍频的形式出现,在CPU内部倍频不影响外围设备,CPU可以作l.5/2/3/3.5/4/4.5倍频的提升,只要CPU的材质、温度、频率、工艺可以稳定发挥其功能即可量产,所以不同型号的CPU就有不同的频率,主板为了配合不同号的CPU,一般的规格都可承受到(120~200)MHz范围的频率,更新CPU时,只要主板的芯片组符合CPU的功能即可更新速度更快的CPU。

:英特尔是PC机上CPU的霸主,请简单介绍一下英特尔历年以内的产品,让我能了解它的发展。

:毫无疑问,在PC机上无人能出英特尔左右,掌握它的历史就等于掌握了CPU的历史。
4004: 1969年 (4位)
8008: 1972年 (8位)
8080: 1974年 (8位)
8085: 1976年 (8位)
8086: 1978年 (16位)
8088 .1979年 (CPU内部16位,外部8位)
80186: 1980年 (16位)
80188: 1981年 (16位)
80286: 1982年 (16位)
80386: 1985年 (32位)
80486: 1988年 (32位)
奔腾: 1993年 (32x2=64位),频率133/166/200MHz。
高能奔腾Pentium Pro:1995年(32x2=64位),频率133/166/180/200MHz。
多能奔腾Pentium MMX:1997年(32x2=64位),MMX(MultiMedia Extensions,多媒体扩展指令集),频率133/166/200。
奔腾II:1997年(32x2=64位),1998年,频率233/266/300/333/350/400/450MHz。注意!到686为止的都不是真64位芯片。
Deschutes:奔腾II产品后续产品,采用0.25um工艺,耗电量低,1998年。
Katmai:也就是奔腾III,增加了SSE(Streaming SIMD Extensions,单一指令多数据流扩展),外频100MHz,内频有40O/450/500MHz等几个版本,特点L2 Cache容量很大,1998年。
Willamette:即IA(Intel Architecture,英特尔架构)32,P6与P7之间的产品,2000年。
Merced:786 CPU,简称P7,为Intel/HP两家合作开发,完全64位芯片,彻底改变原有x86结构,2000年

:听说CPU分成CISC和RISC,请问它们有什么不同?

:CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机),复杂指令集CPU内部为较复杂的指令译码,分成几个微指令去执行,其优点是指令多,开发程序容易,但是由于指令复杂,执行工作效率较差,处理数据速度较慢,目前x86结构都为CISC CPU。

RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机),RISC是精简指令集CPU,去除复杂的指令,保留精简的常用指令,再配合内部快速处理指令的电路,加快指令的译码与数据的处理。不过,RISC必须经过编译程序的处理,才能发挥它的效率,苹果电脑用的Power PC为RISC CPU的结构。

Post-RISC,是一种改进型的CISC,它采用RISC为内核,外部是x86结构,既可加快速度,又能兼容x86体系,如:AMD K7。

:我只知道MMX是多媒体指令集,究竟它对性能的提高有多大帮助呢?

:MMX能够加速处理有关图形、影像、声音等的应用,多能奔腾改善了Pentium CPU在多媒体处理功能的不足,可以利用其内建的多媒体指令来模拟3D绘图的处理、MPEG的压缩/解压缩、立体声的音效等,只要是软件支持MMX CPU,即可以取代这些硬件的接口而达到多媒体的功效。多能奔腾的接脚与Pentium CPU相同,但是其内部的结构和CPU使用的电压不同,内部除了提供MMX多媒体的电路,其使用的电压必须为2.8V与3.3V的两组电压,故主板的一些芯片组和BIOS,也必需配合支持MMX,才能把电脑升级使之发挥MMX的功效。

:我曾经听过Klamath CPU,请问这是一种什么芯片?

:Klamath在地理上是美国境内的一条河名,在电脑上它有许多名称,有人叫它P6C,有人叫它Pentium Pro MMX,也有人叫它为686多媒体指令集CPU,它的名字琳琅满目,不过大部分的人都称它为Pentium II,因为Pentium和Pentium Pro已经是586和686的代名词,英特尔也继续沿用奔腾品牌,充分利用其名牌效益来推销产品。其特点如下:
- 它是扩展插卡-盒式的设计,CPU与L2高速缓存一起封入盒内,插在名叫Slot 1的扩展槽上。
- Pentium II盒式CPU共包含CPU+一颗高速缓存控制芯片+四颗高速缓存芯片。
- 提供一般的整数运算、图形影像多媒体运算、立体图形浮点运算,为新一代的可视计算中心。
- 应用于中小企业、电脑服务器/工作站、机关学校和家庭,适用于电子商务、图形影像、教育娱乐等数据的传递。
- 采用创新的双独立总线(DIB,Dual Independent Bus)结构,加快了高速缓存与CPU之间的数据传送。
- CPU内部的Ll高速缓存增加为64KB(32KB指令/32KB数据)。
- CPU外部卡盒内的L2高速缓存增加为256KB或512KB。
- Pentium II的Slot 1卡槽共有242支脚,卡上有很大的散热片或风扇。

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