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计算机维修组装知识本讲稿第一页，共二十六页2.6.1 认识 Intel 公司 CPU 的编号本讲稿第二页，共二十六页2.6.2认识AMD公司CPU的编号第一行：第一行：AMD AthlonTM,表明该表明该CPU是是AMD公司公司的的Athlon系列的系列的CPU；第二行：第二行：A1000AMT3C(从左向右位数依次为第一从左向右位数依次为第一位、第二位至第十位，具体含义见后表所示。位、第二位至第十位，具体含义见后表所示。第三行：第三行：AXIA0117MPMW，此项是，此项是AMD CPU在在生产线上的编号，由此编号可获知此款生产线上的编号，由此编号可获知此款CPU的生的生产日期为产日期为01年的第年的第17周生产的。周生产的。第四行：第四行：Y6276750317，此项是，此项是CPU超频能力的超频能力的体现。首位为体现。首位为“Y”表明此款表明此款CPU的超频能力很强，的超频能力很强，该位也会被该位也会被9、F或或Z等字母或数字所代替，不同的等字母或数字所代替，不同的字母数字有不同的超频能力（字母顺序越往后表字母数字有不同的超频能力（字母顺序越往后表明超频能力越强）。明超频能力越强）。第五行：第五行：1999 AMD，表明此款，表明此款CPU是是AMD公司公司的产品。的产品。本讲稿第三页，共二十六页2.6.2认识AMD公司CPU的编号位数位数内容及含内容及含义义第一位第一位A：CPU的核心的核心为为Thunderbird(雷雷鸟鸟)D：CPU的核心的核心为为Duron（毒（毒龙龙）AX：CPU为为Athon XP第二位至第二位至第五位第五位1000：CPU的主的主频为频为1000MHz第六位第六位A：CPU的封装方式的封装方式为为PGA封装封装 D：CPU的封装方式的封装方式为为OPGA封封装装第七位第七位M：CPU的核心的核心电压电压是是1.75V S：CPU的核心的核心电压电压是是1.5VU：CPU的核心的核心电压电压是是1.6V K：CPU的核心的核心电压电压是是1.65VP：CPU的核心的核心电压电压是是1.7V N：CPU的核心的核心电压电压是是1.8V第八位第八位T：CPU的工作温度的工作温度为为90oC Q：CPU的工作温度的工作温度为为60oCX：CPU的工作温度的工作温度为为65oC R：CPU的工作温度的工作温度为为70oCY：CPU的工作温度的工作温度为为75oC V：CPU的工作温度的工作温度为为85oCS：CPU的工作温度的工作温度为为95oC第九位第九位3：CPU的二的二级缓级缓存容量存容量为为256KB 1：CPU的二的二级缓级缓存容量存容量为为64 KB2：CPU的二的二级缓级缓存容量存容量为为128KB 4：CPU的二的二级缓级缓存容量存容量为为512KB第十位第十位C：CPU的前端的前端总线频总线频率率为为266MHzA或或B：CPU的前端的前端总线频总线频率率为为200MHzD：CPU的前端的前端总线频总线频率率为为333MHzE：CPU的前端的前端总线频总线频率率为为400MHz本讲稿第四页，共二十六页CPUCPU的标识的标识l双核处理器双核处理器 双核心处理器，简单地说就是在一块双核心处理器，简单地说就是在一块CPUCPU基板上集成两个处理器核心，并通过并行基板上集成两个处理器核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。总线将各处理器核心连接起来。双核处理器即是基于单个半导体的一个双核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。换句话说，将两个物理处理器核心整合入一换句话说，将两个物理处理器核心整合入一个核中。个核中。本讲稿第五页，共二十六页 IntelIntel和和AMDAMD之所以推出双核心处理器，之所以推出双核心处理器，最重要的原因是原有的普通单核心处理器最重要的原因是原有的普通单核心处理器的频率难于提升，性能没有质的飞跃。由的频率难于提升，性能没有质的飞跃。由于频率难于提升，于频率难于提升，IntelIntel在发布在发布3.8GHz3.8GHz的产的产品以后只得宣布停止品以后只得宣布停止4GHz4GHz的产品计划；而的产品计划；而AMDAMD在实际频率超过在实际频率超过2GHz2GHz以后也无法大幅度以后也无法大幅度提升，提升，3GHz3GHz成为了成为了AMDAMD无法逾越的一道坎。无法逾越的一道坎。本讲稿第六页，共二十六页双核的优点双核的优点:提高处理器性能和增强处理器功能。提高处理器性能和增强处理器功能。处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理指令数的总量，因此增加一个内核，处理器能处理指令数的总量，因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。不过每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。不过只有充分利用两个内核中的所有可执行单元，才能只有充分利用两个内核中的所有可执行单元，才能使系统性能得到最大的发挥，但这需要靠软件开发使系统性能得到最大的发挥，但这需要靠软件开发者的努力，而不仅仅只依靠处理器的研发。者的努力，而不仅仅只依靠处理器的研发。引入双核心架构的另一个好处就是可以增加处理器引入双核心架构的另一个好处就是可以增加处理器的更多功能。双核心处理器架构的引入和微软下一代操的更多功能。双核心处理器架构的引入和微软下一代操作系统都将在很大程度上促进虚拟技术的发展。作系统都将在很大程度上促进虚拟技术的发展。本讲稿第七页，共二十六页CPUCPU的标识的标识lIntelIntel双核心处理器双核心处理器 IntelIntel目前的桌面平台双核心处理器，目前的桌面平台双核心处理器，基本上可以简单看作是把两个基本上可以简单看作是把两个Pentium 4Pentium 4所所采用的核心整合在同一个处理器内部，两采用的核心整合在同一个处理器内部，两个核心共享前端总线，每个核心都拥有独个核心共享前端总线，每个核心都拥有独立的立的1MB1MB二级缓存，两个核心加起来一共拥二级缓存，两个核心加起来一共拥有有2MB.2MB.本讲稿第八页，共二十六页 但由于处理器中的两个内核都拥有独立的缓存，但由于处理器中的两个内核都拥有独立的缓存，因此必须保证每个物理内核的缓存信息必须保持一致，因此必须保证每个物理内核的缓存信息必须保持一致，否则就会出现运算错误。这样一个过程就是缓存数据否则就会出现运算错误。这样一个过程就是缓存数据的一致性，也就是说双核心处理器需要的一致性，也就是说双核心处理器需要 仲裁器仲裁器 来作来作协调。针对这个问题，协调。针对这个问题，IntelIntel将这个协调工作交给了北将这个协调工作交给了北桥芯片桥芯片(MCH(MCH或或GMCH)GMCH)：两个核心需要同步更新处理器：两个核心需要同步更新处理器内缓存的数据时，需要通过前端总线再通过北桥作更内缓存的数据时，需要通过前端总线再通过北桥作更新。虽然缓存的数据并不巨大，但由于需要通过北桥新。虽然缓存的数据并不巨大，但由于需要通过北桥作出处理，无疑会带来一定的延迟，核心之间的通信作出处理，无疑会带来一定的延迟，核心之间的通信就会变得缓慢，这将大大影响处理器性能的发挥。就会变得缓慢，这将大大影响处理器性能的发挥。本讲稿第九页，共二十六页 对于对于CPUCPU来说，它的工作一般可分为获取指令、解码、来说，它的工作一般可分为获取指令、解码、运算、结果几个步骤。其中前两步由指令控制器完成，后两运算、结果几个步骤。其中前两步由指令控制器完成，后两步则由运算器完成。按照传统的方式，所有指令按顺序执行，步则由运算器完成。按照传统的方式，所有指令按顺序执行，先由指令控制器工作，完成一条指令的前两步，然后运算器先由指令控制器工作，完成一条指令的前两步，然后运算器工作，完成后两步，依此类推工作，完成后两步，依此类推很明显，当指令控制器很明显，当指令控制器工作时运算器基本上处于闲置状态，当运算器在工作时工作时运算器基本上处于闲置状态，当运算器在工作时指令控制器又在休息，这样就造成了相当大的资源浪费。指令控制器又在休息，这样就造成了相当大的资源浪费。于是于是CPUCPU借鉴了工业生产中被广泛应用的流水线设计，当借鉴了工业生产中被广泛应用的流水线设计，当指令控制器完成了第一条指令的前两步后，直接开始第二指令控制器完成了第一条指令的前两步后，直接开始第二条指令的操作，运算器单元也是，这样就形成了流水线。条指令的操作，运算器单元也是，这样就形成了流水线。流水线设计可最大限度地利用了流水线设计可最大限度地利用了 CPUCPU资源，使每个部件资源，使每个部件在每个时钟周期都在工作，从而提高了在每个时钟周期都在工作，从而提高了CPUCPU的运算频率。的运算频率。本讲稿第十页，共二十六页 IntelIntel目前的桌面平台双核心处理器产品分为目前的桌面平台双核心处理器产品分为Pentium DPentium D和和Pentium Extreme Edition(Pentium EE)Pentium Extreme Edition(Pentium EE)两两大系列，其中，大系列，其中，Pentium DPentium D包括包括820(2.8GHz)820(2.8GHz)、830(3.0GHz)830(3.0GHz)、840(3.2GHz)840(3.2GHz)三个型号，采用三个型号，采用800MHz 800MHz FSBFSB，面向主流市场；而，面向主流市场；而Pentium EEPentium EE目前只有目前只有840(3.2GHz)840(3.2GHz)一个型号，同样采用一个型号，同样采用800MHz FSB800MHz FSB，面向高端应用。，面向高端应用。Pentium DPentium D与与Pentium EEPentium EE都采用都采用0.090.09微米制程，微米制程，LGA775LGA775接接口；它们最主要的区别就是口；它们最主要的区别就是Pentium EEPentium EE支持超线程技术，支持超线程技术，而而Pentium DPentium D则不支持超线程技术，也就是说在打开超线程则不支持超线程技术，也就是说在打开超线程技术的情况下技术的情况下Pentium EEPentium EE将被操作系统识别为四颗处理器。将被操作系统识别为四颗处理器。在主板芯片组方面，由于北桥芯片担负着处理在主板芯片组方面，由于北桥芯片担负着处理和交换不同核心缓存数据的重要作用，所以目前能够支和交换不同核心缓存数据的重要作用，所以目前能够支持持Pentium DPentium D和和Pentium EEPentium EE的是的是945/955945/955系列，而系列，而915/925915/925是不能支持的，在是不能支持的，在915/925915/925主板上就算是能够主板上就算是能够开机，也只能使用双核心其中的一个核心！开机，也只能使用双核心其中的一个核心！本讲稿第十一页，共二十六页CPUCPU的标识的标识lAMDAMD双核心处理器双核心处理器但与但与IntelIntel的双核心处理器不同的是，由于的双核心处理器不同的是，由于AMDAMD的的Athlon 64Athlon 64处处理器内部整和了内存控制器，而且在当初理器内部整和了内存控制器，而且在当初Athlon 64Athlon 64设计设计时就为双核心做了考虑，但是仍然需要仲裁器来保证其缓时就为双核心做了考虑，但是仍然需要仲裁器来保证其缓存数据的一致性。存数据的一致性。AMDAMD在此采用了在此采用了SRQ(System Request SRQ(System Request QueueQueue，系统请求队列，系统请求队列)技术，在工作的时候每一个核心技术，在工作的时候每一个核心都将其请求放在都将其请求放在SRQSRQ中，当获得资源之后请求将会被送往中，当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心，所以其缓存数据的一致性不需要通过北相应的执行核心，所以其缓存数据的一致性不需要通过北桥芯片，直接在处理器内部就可以完成。与桥芯片，直接在处理器内部就可以完成。与IntelIntel的双核的双核心处理器相比，其优点是缓存数据延迟得以大大降低。心处理器相比，其优点是缓存数据延迟得以大大降低。本讲稿第十二页，共二十六页 AMDAMD目前的桌面平台双核心处理器是目前的桌面平台双核心处理器是Athlon 64 Athlon 64 X2X2，其型号按照，其型号按照PRPR值分为值分为3800+3800+至至4800+4800+等几种，同样采等几种，同样采用用0.090.09微米制程，微米制程，Socket 939Socket 939接口，支持双通道接口，支持双通道DDRDDR内存内存技术。技术。由于由于AMDAMD双核心处理器的仲裁器是在双核心处理器的仲裁器是在CPUCPU内部而不是内部而不是在北桥芯片上在北桥芯片上，所以在主板芯片组的选择上要比，所以在主板芯片组的选择上要比IntelIntel双核心处理器要宽松得多，甚至可以说与主板芯片双核心处理器要宽松得多，甚至可以说与主板芯片组无关。理论上来说，任何组无关。理论上来说，任何Socket 939Socket 939的主板通过更新的主板通过更新BIOSBIOS都可以支持都可以支持Athlon 64 X2Athlon 64 X2。对普通消费者而言，这样。对普通消费者而言，这样可以保护已有的投资，而不必象可以保护已有的投资，而不必象IntelIntel双核心处理器那样需双核心处理器那样需要同时升级主板。要同时升级主板。本讲稿第十三页，共二十六页CPUCPU的风扇的风扇 CPUCPU是主机内产生热的源头，热量由是主机内产生热的源头，热量由CPUCPU内部源源不断内部源源不断的流出来，由于散热片接触到的是的流出来，由于散热片接触到的是CPUCPU的表面，所以热量就会被的表面，所以热量就会被带离带离CPUCPU，而传到散热片上，等到了散热片以后再由风扇转动所造成，而传到散热片上，等到了散热片以后再由风扇转动所造成的气流将热量带走。这就是散热的整个过程。的气流将热量带走。这就是散热的整个过程。散热器可拆分成两个部分：散热片和散热风扇散热器可拆分成两个部分：散热片和散热风扇 散热片按材质主要分为：铝制和铜制散热片按材质主要分为：铝制和铜制 散热风扇的轴承有两类：油性的和滚珠散热风扇的轴承有两类：油性的和滚珠本讲稿第十四页，共二十六页CPUCPU的认购的认购市场上零售的市场上零售的Intel CPUIntel CPU主要有主要有原包盒装、假盒装和散装原包盒装、假盒装和散装三种类型。三种类型。1 1 到有信誉的商家去购买到有信誉的商家去购买 2 2 拨打电话，查验拨打电话，查验CPUCPU序列号序列号 3.3.软件检测软件检测 :WCPUID:WCPUID、Intel CPU ID Utility Intel CPU ID Utility 本讲稿第十五页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇 对于对于CPUCPU来说，它的来说，它的工作一般可分为获取指令、解码、运算、结果几个步骤。工作一般可分为获取指令、解码、运算、结果几个步骤。其中前两步由指令控制器完成，后两步则由运算器完成。其中前两步由指令控制器完成，后两步则由运算器完成。按照传统的方式，所有指按照传统的方式，所有指令按顺序执行，先由指令控制器工作，完成一条指令的前两步，然后运算器工令按顺序执行，先由指令控制器工作，完成一条指令的前两步，然后运算器工作，完成后两步，依此类推作，完成后两步，依此类推很明显，当指令控制器工作时运算器基本上处很明显，当指令控制器工作时运算器基本上处于闲置状态，当运算器在工作时指令控制器又在休息，这样就造成了相当大的于闲置状态，当运算器在工作时指令控制器又在休息，这样就造成了相当大的资源浪费。于是资源浪费。于是CPUCPU借鉴了工业生产中被广泛应用的借鉴了工业生产中被广泛应用的流水线流水线设计，当指令控制器设计，当指令控制器完成了第一条指令的前两步后，直接开始第二条指令的操作，运算器单元也是，完成了第一条指令的前两步后，直接开始第二条指令的操作，运算器单元也是，这样就形成了流水线。流水线设计可最大限度地利用了这样就形成了流水线。流水线设计可最大限度地利用了 CPUCPU资源，使每个部件在资源，使每个部件在每个时钟周期都在工作，从而提高了每个时钟周期都在工作，从而提高了CPUCPU的运算频率。的运算频率。第六课第六课本讲稿第十六页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇l流水线流水线 流水线是流水线是IntelIntel首次在首次在486486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在业生产上的装配流水线。在CPUCPU中由中由5 56 6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条指令分成水线，然后将一条指令分成5 56 6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个个CPUCPU时钟周期完成一条指令，因此提高时钟周期完成一条指令，因此提高CPUCPU的运算速度。的运算速度。超级流水线又叫做超级流水线又叫做深度流水线深度流水线，它是提高，它是提高cpucpu速度通常采取的一种技术。速度通常采取的一种技术。超超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取空间。其实质是以时间换取空间。例如例如Pentium4Pentium4的流水线就长达的流水线就长达2020级。将流水线设计级。将流水线设计的步的步(级级)越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPUCPU。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的CPUCPU实实际运算速度较低的现象际运算速度较低的现象.一般是流水线级数越多，重叠执行的执行就越多，一般是流水线级数越多，重叠执行的执行就越多，那么发生竞争冲突得可能性就越大，对流水线性能有一定影响。那么发生竞争冲突得可能性就越大，对流水线性能有一定影响。本讲稿第十七页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇l采用流水线技术的优缺点采用流水线技术的优缺点.优点：优点：采用增设流水线作业可有效提高单位时间的运算能力采用增设流水线作业可有效提高单位时间的运算能力，而，而CPUCPU采用采用级数更多的流水线设计可使它在同一时间段内处理更多的指令，有效提高其运行级数更多的流水线设计可使它在同一时间段内处理更多的指令，有效提高其运行频率频率.缺点缺点:工作中，指令并不是孤立的，许多指令需要按一定顺序才能完工作中，指令并不是孤立的，许多指令需要按一定顺序才能完成任务，一旦某个指令在运算过程中发生了错误，就可能导致整条流水成任务，一旦某个指令在运算过程中发生了错误，就可能导致整条流水线停顿下来，等待修正指令的修正，流水线越长级数越多，出错的几率线停顿下来，等待修正指令的修正，流水线越长级数越多，出错的几率自然也变得更大，旦出错影响也越大。自然也变得更大，旦出错影响也越大。在一条流水线中，如果第二条指在一条流水线中，如果第二条指令需要用到第一条指令的结果，这种情况叫做相关令需要用到第一条指令的结果，这种情况叫做相关，一旦某个指令在运算，一旦某个指令在运算过程中发生了错误，与之相关的指令也都会变得无意义。过程中发生了错误，与之相关的指令也都会变得无意义。本讲稿第十八页，共二十六页CPU内部技术综合篇l超标量超标量 超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，这些流超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，这些流水线能够并行处理水线能够并行处理,其实质是以空间换取时间。其实质是以空间换取时间。这些流水线能够并行处这些流水线能够并行处理理.超级标量机能同时对若干条指令进行译码，将可以并行执行的超级标量机能同时对若干条指令进行译码，将可以并行执行的指令送往不同的执行部件指令送往不同的执行部件,在程序运行期间，由硬件在程序运行期间，由硬件(通常是状态记通常是状态记录部件和调度部件录部件和调度部件)来完成指令调度来完成指令调度.超级标量机主要是借助硬件资源重复超级标量机主要是借助硬件资源重复(例如有两套译码器例如有两套译码器和和ALUALU等等)来实现空间的并行操作来实现空间的并行操作.本讲稿第十九页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇l超线程超线程(HyperThreading)(HyperThreading)超线程技术就是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，让单个处超线程技术就是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，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPUCPU的闲置时间，提高的闲置时间，提高CPUCPU的运行效率。的运行效率。采用超线程可在同一时间里，应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒采用超线程可在同一时间里，应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令，但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而超线程技术可以钟能够处理成千上万条指令，但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而超线程技术可以使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。超线程技术是在一颗超线程技术是在一颗CPUCPU同时执行多个程序而共同分享一颗同时执行多个程序而共同分享一颗CPUCPU内的资源，理论上要像两内的资源，理论上要像两颗颗CPUCPU一样在同一时间执行两个线程，一样在同一时间执行两个线程，P4P4处理器需要多加入一个处理器需要多加入一个Logical CPU PointerLogical CPU Pointer（逻辑（逻辑处理单元）。因此新一代的处理单元）。因此新一代的P4 HTP4 HT的的diedie的面积比以往的的面积比以往的P4P4增大了增大了5%5%。而其余部分如。而其余部分如ALUALU（整数运算单元）、（整数运算单元）、FPUFPU（浮点运算单元）、（浮点运算单元）、L2 CacheL2 Cache（二级缓存）则保持不变，这些部（二级缓存）则保持不变，这些部分是被分享的。分是被分享的。虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正的虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正的CPUCPU那样，每个那样，每个CPUCPU都都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPUCPU的性的性能。能。本讲稿第二十页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇lHTHT总线总线 HTHT是是HyperTransportHyperTransport的简称。的简称。HyperTransportHyperTransport技术是一种高速点对点总线技术，每技术是一种高速点对点总线技术，每个个HyperTransportHyperTransport具有两个单向的点对点链接具有两个单向的点对点链接.HyperTransport HyperTransport本质是一种为主板上的集成电路互连而设计的端到端总线技术，目本质是一种为主板上的集成电路互连而设计的端到端总线技术，目的是加快芯片间的数据传输速度。的是加快芯片间的数据传输速度。HyperTransportHyperTransport技术在技术在AMDAMD平台上使用后，是指平台上使用后，是指AMD CPUAMD CPU到主板芯片之间的连接总线（如果主板芯片组是南北桥架构，则指到主板芯片之间的连接总线（如果主板芯片组是南北桥架构，则指CPUCPU到北桥），即到北桥），即HTHT总线。总线。HyperTransportHyperTransport能够提供能够提供400MHz400MHz的的I/OI/O工作频率和工作频率和800MHz800MHz的的CPUCPU到到CPUCPU工作频率，这被称为工作频率，这被称为double pumpeddouble pumped，实际上就是在时钟的上升沿和下降沿同，实际上就是在时钟的上升沿和下降沿同时传输信号时传输信号,Intel,Intel平台目前还没采用平台目前还没采用HyperTransportHyperTransport技术。技术。HTHT总线频率总线频率=CPU=CPU外频外频HTHT倍频倍频 我们在对我们在对CPUCPU进行超频后，进行超频后，HTHT总线的外频也会随着总线的外频也会随着CPUCPU外频的升高而升高。这样当外频的升高而升高。这样当HTHT总线频率超过一定的阀值时就会引起系统的不稳定总线频率超过一定的阀值时就会引起系统的不稳定(这个阀值的高低主要由主板芯片组的体质以这个阀值的高低主要由主板芯片组的体质以及主板做工的好坏决定及主板做工的好坏决定)。目前主板厂商都建议用户不要将。目前主板厂商都建议用户不要将HTHT总线频率升高到总线频率升高到1GHz1GHz以上以上,了解了了解了HTHT总线对性能的影响后，我们就可以通过降低总线对性能的影响后，我们就可以通过降低HTHT总线倍频来达到降低总线倍频来达到降低HTHT总线频率的目的，从而让总线频率的目的，从而让CPUCPU能够工作在高外频下，而不用担心系统性能受到影响能够工作在高外频下，而不用担心系统性能受到影响本讲稿第二十一页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇l多核心多核心 多核心，也指单芯片多处理器（多核心，也指单芯片多处理器（Chip multiprocessorsChip multiprocessors，简称，简称CMPCMP）。CMPCMP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SMPSMP（对称多处理（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。与器）集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。与CMPCMP比较，比较，SMTSMT处处理器结构的灵活性比较突出。但是，当半导体工艺进入理器结构的灵活性比较突出。但是，当半导体工艺进入0.180.18微米以后，线延微米以后，线延时已经超过了门延迟，要求微处理器的设计通过划分许多规模更小、局部性时已经超过了门延迟，要求微处理器的设计通过划分许多规模更小、局部性更好的基本单元结构来进行。相比之下，由于更好的基本单元结构来进行。相比之下，由于CMPCMP结构已经被划分成多个处理结构已经被划分成多个处理器核来设计，每个核都比较简单，有利于优化设计，因此更有发展前途。多核器核来设计，每个核都比较简单，有利于优化设计，因此更有发展前途。多核处理器可以在处理器内部共享缓存，提高缓存利用率，同时简化多处理器系统处理器可以在处理器内部共享缓存，提高缓存利用率，同时简化多处理器系统设计的复杂度。设计的复杂度。本讲稿第二十二页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇lSMPSMP对称多处理结构对称多处理结构 SMP(Symmetric Multi-Processing)SMP(Symmetric Multi-Processing)，对称多处理结构的简称，是指在一个计算，对称多处理结构的简称，是指在一个计算机上汇集了一组处理器机上汇集了一组处理器(多多CPU),CPU),各各CPUCPU之间共享内存子系统以及总线结构。之间共享内存子系统以及总线结构。在高性能服务器在高性能服务器和工作站级主板架构中比较常见。可以简单的理解为多和工作站级主板架构中比较常见。可以简单的理解为多CPUCPU的系统。的系统。构建一套构建一套SMPSMP系统的必要条件是：支持系统的必要条件是：支持SMPSMP的硬件包括主板和的硬件包括主板和CPUCPU；支持；支持SMPSMP的系统的系统平台，如平台，如WINNTWINNT、LINUXLINUX、以及、以及UNIXUNIX操作系统；再就是支持操作系统；再就是支持SMPSMP的应用软件的应用软件。为了能够使得为了能够使得SMPSMP系统发挥高效的性能，操作系统必须支持系统发挥高效的性能，操作系统必须支持SMPSMP系统，如系统，如WINNTWINNT、LINUXLINUX、以及、以及UNIXUNIX等等等等3232位操作系统。即能够进行多任务和多线程处理。多任务是指操作系统能位操作系统。即能够进行多任务和多线程处理。多任务是指操作系统能够在同一时间让不同的够在同一时间让不同的CPUCPU完成不同的任务；多线程是指操作系统能够使得不同的完成不同的任务；多线程是指操作系统能够使得不同的CPUCPU并行的并行的完成同一个任务。完成同一个任务。要组建要组建SMPSMP系统，对所选的系统，对所选的CPUCPU有很高的要求，首先、有很高的要求，首先、CPUCPU内部必须内置内部必须内置APICAPIC单元单元。Intel Intel 多处理规范的核心就是高级可编程中断控制器的使用；再次，多处理规范的核心就是高级可编程中断控制器的使用；再次，相同的产品型号，同相同的产品型号，同样类型的样类型的CPUCPU核心，完全相同的运行频率核心，完全相同的运行频率；最后，；最后，尽可能保持相同的产品序列编号尽可能保持相同的产品序列编号，因为两个生，因为两个生产批次的产批次的CPUCPU作为双处理器运行的时候，有可能会发生一颗作为双处理器运行的时候，有可能会发生一颗CPUCPU负担过高，而另一颗负负担过高，而另一颗负担很少的情况，无法发挥最大性能，更糟糕的是可能导致死机。担很少的情况，无法发挥最大性能，更糟糕的是可能导致死机。本讲稿第二十三页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇l乱序执行与分枝预测技术乱序执行与分枝预测技术 所谓乱序执行技术就是允许指令按照不同于程序中指定的顺序发送给执行部所谓乱序执行技术就是允许指令按照不同于程序中指定的顺序发送给执行部件的一套方法，通过把不能立刻执行的指令搁置在一边而把能立刻执行的后续指令件的一套方法，通过把不能立刻执行的指令搁置在一边而把能立刻执行的后续指令提前处理，可以避免拖延处理器的运行，缩短程序的执行时间。提前处理，可以避免拖延处理器的运行，缩短程序的执行时间。每执行完一条指令每执行完一条指令时，剩下的指令又重新组合为适当的序列。采用乱序执行技术的目的是为了使时，剩下的指令又重新组合为适当的序列。采用乱序执行技术的目的是为了使CPUCPU内内部电路满负荷运转并相应提高了部电路满负荷运转并相应提高了CPUCPU的运行程序的速度。的运行程序的速度。分枝（分枝（branchbranch）是指程序运行时需要改变的节点。）是指程序运行时需要改变的节点。分枝有无条件分枝和有分枝有无条件分枝和有条件分枝，其中无条件分枝只需要条件分枝，其中无条件分枝只需要CPUCPU按指令顺序执行，而条件分枝则必须根按指令顺序执行，而条件分枝则必须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变。因此需要据处理结果再决定程序运行方向是否改变。因此需要 分枝预测分枝预测 技术处理的技术处理的是条件分枝。是条件分枝。本讲稿第二十四页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇l内存控制器内存控制器 内存控制器（内存控制器（Memory ControllerMemory Controller）是计算机系统内部控制内存并且通过内存）是计算机系统内部控制内存并且通过内存控制器使内存与控制器使内存与CPUCPU之间交换数据的重要组成部分。之间交换数据的重要组成部分。内存控制器决定了计算机系统内存控制器决定了计算机系统所能使用的最大内存容量、内存所能使用的最大内存容量、内存BANKBANK数、内存类型和速度、内存颗粒数据深度和数数、内存类型和速度、内存颗粒数据深度和数据宽度等等重要参数，据宽度等等重要参数，也就是说决定了计算机系统的内存性能，从而也对计算也就是说决定了计算机系统的内存性能，从而也对计算机系统的整体性能产生较大影响。机系统的整体性能产生较大影响。传统的计算机系统其内存控制器位于主板芯片组的北桥芯片内部，传统的计算机系统其内存控制器位于主板芯片组的北桥芯片内部，CPUCPU要要和内存进行数据交换，需要经过和内存进行数据交换，需要经过“CPU-CPU-北桥北桥-内存内存-北桥北桥-CPU-CPU”五个步骤，在此模五个步骤，在此模式下数据经由多级传输，数据延迟显然比较大从而影响计算机系统的整体性能；而式下数据经由多级传输，数据延迟显然比较大从而影响计算机系统的整体性能；而AMDAMD的的K8K8系列系列CPUCPU以后（包括以后（包括Socket 754/939/940Socket 754/939/940等接口的各种处理器）内部则整合了内存控等接口的各种处理器）内部则整合了内存控制器，制器，CPUCPU与内存之间的数据交换过程就简化为与内存之间的数据交换过程就简化为“CPU-CPU-内存内存-CPU-CPU”三个步骤，省略了三个步骤，省略了两个步骤，与传统的内存控制器方案相比显然具有更低的数据延迟，这有助于提高两个步骤，与传统的内存控制器方案相比显然具有更低的数据延迟，这有助于提高计算机系统的整体性能。计算机系统的整体性能。本讲稿第二十五页，共二十六页CPUCPU内部技术综合篇内部技术综合篇1.1.优点优点:CPU CPU内部整合内存控制器的优点，就是内部整合内存控制器的优点，就是可以有效控制内存控制器可以有效控制内存控制器工作在与工作在与CPUCPU核心同样的频率上，核心同样的频率上，而且由于内存与而且由于内存与CPUCPU之间的数据交换无需经过之间的数据交换无需经过北桥，北桥，可以有效降低传输延迟可以有效降低传输延迟。2.2.缺点缺点:CPU CPU内部整合内存控制器的最大缺点，就是内部整合内存控制器的最大缺点，就是对内存的适应性比较差，灵对内存的适应性比较差，灵活性比较差，只能使用特定类型的内存，而且对内存的容量和速度也有限制活性比较差，只能使用特定类型的内存，而且对内存的容量和速度也有限制，要，要支持新类型的内存就必须更新支持新类型的内存就必须更新CPUCPU内部整合的内存控制器，也就是说必须更内部整合的内存控制器，也就是说必须更换新的换新的CPU.CPU.本讲稿第二十六页，共二十六页
