电脑硬件资料大全：cpu篇

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1、电脑硬件资料大全：CPU 篇.txt 每天早上起床都要看一遍“福布斯”富翁排行榜，如果上面 没有我的名字，我就去上班。谈钱不伤感情，谈感情最他妈伤钱。我诅咒你一辈子买方便面 没有调料包。一 CPU 篇1 64 位技术 这里的 64 位技术是相对于 32 位而言的，这个位数指的是 CPU GPRs（General-Purpose Registers，通用寄存器）的数据宽度为 64 位，64 位指令集就是运行 64 位数据的指令，也 就是说处理器一次可以运行 64bit 数据。64bit 处理器并非现在才有的，在高端的 RISC（Reduced Instruction Set Computing，

2、精简指令集计算机）很早就有 64bit 处理器 了，比如 SUN 公司的 UltraSparc 、IBM 公司的 POWER5、HP 公司的 Alpha 等。64bit 计算主要有两大优点：可以进行更大范围的整数运算；可以支持更大的内存。不 能因为数字上的变化，而简单的认为 64bit 处理器的性能是 32bit 处理器性能的两倍。实际 上在 32bit 应用下，32bit 处理器的性能甚至会更强，即使是 64bit 处理器，目前情况下也 是在 32bit 应用下性能更强。所以要认清 64bit 处理器的优势，但不可迷信 64bit。要实现真正意义上的 64 位计算，光有 64 位的处理器是不

3、行的，还必须得有 64 位的操 作系统以及 64 位的应用软件才行，三者缺一不可，缺少其中任何一种要素都是无法实现 64 位计算的。目前，在 64 位处理器方面，Intel 和 AMD 两大处理器厂商都发布了多个系列多 种规格的 64 位处理器；而在操作系统和应用软件方面，目前的情况不容乐观。因为真正适 合于个人使用的 64 位操作系统现在就只有 Windows XP X64，而 Windows XP X64 本身也只 是一个过渡性质的 64 位操作系统，在 Windows Vista 发布以后就将被淘汰，而且 Windows XP X64 本身也不太完善，易用性不高，一个明显的例子就是各种硬

4、件设备的驱动程序很不 完善，而且现在 64 位的应用软件还基本上没有，确实硬件厂商和软件厂商也不愿意去为一 个过渡性质的操作系统编写驱动程序和应用软件。所以要想实现真正的 64 位计算，恐怕还 得等到 Windows Vista 普及一段时间之后才行。目前主流 CPU 使用的 64 位技术主要有 AMD 公司的 AMD64 位技术、Intel 公司的 EM64T 技术、和 Intel 公司的 IA-64 技术。其中 IA-64 是 Intel 独立开发，不兼容现在的传统的 32 位计算机，仅用于 Itanium（安腾）以及后续产品 Itanium 2，一般用户不会涉及到，因 此这里仅对 AMD

5、64 位技术和 Intel 的 EM64T 技术做一下简单介绍。 AMD64 位技术AMD64 的位技术是在原始 32 位 X86 指令集的基础上加入了 X86-64 扩展 64 位 X86 指令 集，使这款芯片在硬件上兼容原来的 32 位 X86 软件，并同时支持 X86-64 的扩展 64 位计算， 使得这款芯片成为真正的 64 位 X86 芯片。这是一个真正的 64 位的标准，X86-64 具有 64 位 的寻址能力。X86-64 新增的几组 CPU 寄存器将提供更快的执行效率。寄存器是 CPU 内部用来创建和 储存 CPU 运算结果和其它运算结果的地方。标准的 32-bit x86 架

6、构包括 8 个通用寄存器 （GPR） ，AMD 在 X86-64 中又增加了 8 组（R8-R9） ，将寄存器的数目提高到了 16 组。X86-64 寄存器默认位 64-bit。还增加了 8 组 128-bit XMM 寄存器（也叫 SSE 寄存器，XMM8-XMM15） ， 将能给单指令多数据流技术（SIMD）运算提供更多的空间，这些 128 位的寄存器将提供在矢 量和标量计算模式下进行 128 位双精度处理，为 3D 建模、矢量分析和虚拟现实的实现提供 了硬件基础。通过提供了更多的寄存器，按照 X86-64 标准生产的 CPU 可以更有效的处理数 据，可以在一个时钟周期中传输更多的信息。

7、EM64T 技术Intel 官方是给 EM64T 这样定义的：EM64T 全称 Extended Memory 64 Technology，即扩展 64bit 内存技术。EM64T 是 Intel IA-32 架构的扩展，即 IA-32e（Intel Architectur- 32 extension） 。IA-32 处理器通过附加 EM64T 技术，便可在兼容 IA-32 软件的情况下，允 许软件利用更多的内存地址空间，并且允许软件进行 32 bit 线性地址写入。EM64T 特别强 调的是对 32 bit 和 64 bit 的兼容性。Intel 为新核心增加了 8 个 64 bit GPR

8、s（R8-R15） ， 并且把原有 GRPs 全部扩展为 64 bit，如前文所述这样可以提高整数运算能力。增加 8 个 128bit SSE 寄存器（XMM8-XMM15） ，是为了增强多媒体性能，包括对 SSE、SSE2 和 SSE3 的 支持。Intel 为支持 EM64T 技术的处理器设计了两大模式：传统 IA-32 模式（legacy IA-32 mode）和 IA-32e 扩展模式（IA-32e mode） 。在支持 EM64T 技术的处理器内有一个称之为扩 展功能激活寄存器（extended feature enable register，IA32_EFER）的部件，其中的 Bi

9、t10 控制着 EM64T 是否激活。Bit10 被称作 IA-32e 模式有效（IA-32e mode active）或长 模式有效（long mode active，LMA)。当 LMA0 时，处理器便作为一颗标准的 32 bit（IA32）处理器运行在传统 IA-32 模式；当 LMA1 时，EM64T 便被激活，处理器会运行 在 IA-32e 扩展模式下。目前 AMD 方面支持 64 位技术的 CPU 有 Athlon 64 系列、Athlon FX 系列和 Opteron 系 列。Intel 方面支持 64 位技术的 CPU 有使用 Nocona 核心的 Xeon 系列、使用 Pre

10、scott 2M 核心的 Pentium 4 6 系列和使用 Prescott 2M 核心的 P4 EE 系列。2 二级缓存容量 CPU 缓存（Cache Memory）位于 CPU 与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交 换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内 CPU 即将访问的， 当 CPU 调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。由此可见， 在 CPU 中加入缓存是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（缓存+内存）就变成了既有 缓存的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。缓存对 CPU 的性能影响很大，主要是因为 CPU 的数据交

11、换顺序和 CPU 与缓存间的带宽引起的。 缓存的工作原理是当 CPU 要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取 并送给 CPU 处理；如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给 CPU 处理，同时把 这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必 再调用内存。 正是这样的读取机制使 CPU 读取缓存的命中率非常高（大多数 CPU 可达 90%左右） ，也 就是说 CPU 下一次要读取的数据 90%都在缓存中，只有大约 10%需要从内存读取。这大大节 省了 CPU 直接读取内存的时间，也使 CPU 读取数据时基本无需等待。总的来说，CPU 读

12、取数 据的顺序是先缓存后内存。 最早先的 CPU 缓存是个整体的，而且容量很低，英特尔公司从 Pentium 时代开始把缓存 进行了分类。当时集成在 CPU 内核中的缓存已不足以满足 CPU 的需求，而制造工艺上的限制 又不能大幅度提高缓存的容量。因此出现了集成在与 CPU 同一块电路板上或主板上的缓存， 此时就把 CPU 内核集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。一级缓存中还分数 据缓存（Data Cache，D-Cache）和指令缓存（Instruction Cache，I-Cache） 。二者分别用 来存放数据和执行这些数据的指令，而且两者可以同时被 CPU 访问，减少了争用 C

13、ache 所造 成的冲突，提高了处理器效能。英特尔公司在推出 Pentium 4 处理器时，用新增的一种一级 追踪缓存替代指令缓存，容量为 12KOps，表示能存储 12K 条微指令。随着 CPU 制造工艺的发展，二级缓存也能轻易的集成在 CPU 内核中，容量也在逐年提升。现在再用集成在 CPU 内部与否来定义一、二级缓存，已不确切。而且随着二级缓存被集成入 CPU 内核中，以往二级缓存与 CPU 大差距分频的情况也被改变，此时其以相同于主频的速度 工作，可以为 CPU 提供更高的传输速度。二级缓存是 CPU 性能表现的关键之一，在 CPU 核心不变化的情况下，增加二级缓存容量 能使性能大幅度

14、提高。而同一核心的 CPU 高低端之分往往也是在二级缓存上有差异，由此可 见二级缓存对于 CPU 的重要性。CPU 在缓存中找到有用的数据被称为命中，当缓存中没有 CPU 所需的数据时（这时称为 未命中） ，CPU 才访问内存。从理论上讲，在一颗拥有二级缓存的 CPU 中，读取一级缓存的 命中率为 80%。也就是说 CPU 一级缓存中找到的有用数据占数据总量的 80%，剩下的 20%从 二级缓存中读取。由于不能准确预测将要执行的数据，读取二级缓存的命中率也在 80%左右 （从二级缓存读到有用的数据占总数据的 16%） 。那么还有的数据就不得不从内存调用，但 这已经是一个相当小的比例了。目前的较

15、高端的 CPU 中，还会带有三级缓存，它是为读取二 级缓存后未命中的数据设计的种缓存，在拥有三级缓存的 CPU 中，只有约 5%的数据需要 从内存中调用，这进一步提高了 CPU 的效率。 为了保证 CPU 访问时有较高的命中率，缓存中的内容应该按一定的算法替换。一种较常 用的算法是“最近最少使用算法” （LRU 算法） ，它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘 汰出局。因此需要为每行设置一个计数器，LRU 算法是把命中行的计数器清零，其他各行计 数器加 1。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算 法，其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出缓存，

16、提高缓存的利用 率。 CPU 产品中，一级缓存的容量基本在 4KB 到 64KB 之间，二级缓存的容量则分为 128KB、256KB、512KB、1MB、2MB 等。一级缓存容量各产品之间相差不大，而二级缓存容量 则是提高 CPU 性能的关键。二级缓存容量的提升是由 CPU 制造工艺所决定的，容量增大必然 导致 CPU 内部晶体管数的增加，要在有限的 CPU 面积上集成更大的缓存，对制造工艺的要求 也就越高。双核心 CPU 的二级缓存比较特殊，和以前的单核心 CPU 相比，最重要的就是两个内核的 缓存所保存的数据要保持一致，否则就会出现错误，为了解决这个问题不同的 CPU 使用了不 同的办法： Intel 双核心处理器的二级缓存目前 Intel 的双核心 CPU 主要有 Pentium D、Pentium EE、Core Duo 三种，其中 Pentium D、Pentium EE 的二级缓存方式完全相同。Pentium D 和 Pentium EE 的二级缓存都 是 CPU 内部两个内核具有互相独立的二级缓存，其中，8xx 系列的 Smithfie