维普资讯 http://www.cqvip.com ＹＩＮＧ— 儿ＡＮ ＹＵ ＫＥ ＢＡＮ 匿—盈啊圈圈●强 编者语：筹备已久的“硬件预科班”栏目，终于从这期开始和大家正式见面了。在这个全新的板 块中，我们将以每期连载的形式，力争用最清晰、简洁的语言，最实用、权威的内容给大家的计算机硬件基 础知识进行充电，补充能量。也许有的读者会问：我已经是ＤＩＹ高手了，还需要看这些吗？三石觉得不然，我 们在应用上也许都已经驾轻就熟，不过我敢肯定地说，那些天天超频的“高人”们，让他们仔细讲讲ＣＰＵ的 工作原理，没有几个不“哑口无言”的。好了，高手也行，菜鸟也罢，我们都希望这个栏目能够成为高手得 充电池，菜鸟的进阶石。ＯＫ，让我们沏上一杯茶，然后来细细品味下面的的开山之作吧！ 文／图 梁鸿玉三石 Ｃ Ｐ Ｕ ．微蛐嘲鼬捅姓 我们家中使用的ＰＣ，其最核心的部件就是今天 的主角——处理器（也可称为微处理器或处理 单元（Ｃ Ｐ Ｕ）），它的作用很简单，用于执行系 理器都强化了自身的处理能力，但它们仍与ＩＢＭ当 初选择的第一个微处理器保持着向后兼容。 前面已经提到过，世界上第一款微处理器—— Ｉｎｔｅｌ ４００４是在１９７１年１１月１５日问世的，最初运行 的时钟频率是１ ０８ＫＨｚ（每秒１ ０ ８，０００周或０． １０８ＭＨｚ，可以看到与现在主流ＣＰＵ的时钟频率相 比，连零头都不到 一 ）。４００４中包含有２，３００个晶 体管，用１０微米工艺加工。这就意味着每条线、刻 槽或晶体管能分割的问距约为１０微米左右。每次传 输的数据是４ 位，最多可寻址 统的计算和处理任务。ＣＰＵ可能是系统中最昂贵的 单个元件了（注意：这里说的是单个元器件，可 不是显示器那样的大家伙哦～），其费用大概是所 插入主板的两倍以上。 Ｉｎｔｅｌ在１９７１年推出了世界第一款微处理器４００４ 芯片，而今天，他们几乎控制了全部的处理器市 场，至少在ＰＣ系统中是这样。也就是说，所有的 ＰＣ及其兼容系统使用的不是Ｉｎｔｅｌ的处理器，就是 来自其竞争对手（ＡＭＤ和ＶＩＡ）的与Ｉｎｔｅｌ兼容的 处理器。 的存储器只有６４０ 字节。４００４是为 计算器设计的， 但是由于其固有 的可编程特性， 图１ 当ＩＢＭ在１ ９８１年推出ＩＢＭ ＰＣ时，Ｉｎｔｅｌ和 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的命运发生了戏剧性的变化。第一台ＰＣ 机以４．７７ＭＨｚ的Ｉｎｔｅｌ ８０８８为基础，运行的操作系 统是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的ＤＯＳ １．０。此后，似乎命运己经 决定了一般，ＰＣ及其兼容系统使用了一系列的Ｉｎｔｅｌ 或Ｉｎｔｅｌ兼容处理器，从８０８８到当今的Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＶ， 每一个新处理器都可以运行其前辈的软件。 使之在许多方面 大有用武之地 （图１）。 １９７２年４ 月，Ｉｎｔｅｌ发表 了８００８处理 器，最初运行 的时钟频率为 ２００ＫＨｚ（０． 一件值得注意的趣事是：微处理器的出现只比 ２ Ｍ Ｈ Ｚ）。 ＰＣ的创建早了１０年。微处理器是由Ｉｎｔｅｌ在１９７１年 发明的，而ＰＣ则是由ＩＢＭ在１９８１年创建的。２０多 年后，我们仍在使用着以第一个ＰＣ设计为基础的系 统（大部分都能向后兼容）。今天，虽然各种处 （图２） 发展道路 图２ 上的下一个芯片是８０８０，发表于１ ９７４年４月，在 ２ＭＨ ｚ时钟速率下运行。正是由于加快了时钟速 维普资讯 http://www.cqvip.com 匿—盈 圈团●盈 率，８０８０处理器比８００８的性能提高了ｌ０倍。８０８０ 芯片中包含有６，０００个晶体管，采用６微米工艺制 造。与８００８相似，８０８０有８位数据总 线，所以一次可以传输８位数据。８０８０ 图５ ＹＩＮＧ ＪＩＡＮ ＹＵ ＫＥ ＢＡＮ ■■ 硬件 ■ ■ ■ ■ 软件、视频和音乐的小东西究竟是怎样工作的呢？ 下面就请跟随着我的文字，一起深人到ＣＰＵ的内部 世界去吧！ 可寻址６４ＫＢ存储器，比其前辈有了实 质性的提高（图３）。 处理器速率 对于处理器的一个常见误解就是它们的不同速 率，本节就将首先着重给大家介绍关于处理器速率 的一般概念。 计算机系统的时钟速率是用频率度量的，通常 表示成每秒周期数。晶体振荡器利用装在小型金属 容器中的石英切片控制时钟速率。较新的系统将振 正是８０８０促进了ＰＣ的开始，而事实上， ８０８０变得如此知名还在于它的“被克隆”。一个成 立于ｌ９７５年，由前Ｉｎｔｅｌ ８０８０工程师组成的名为 Ｚｉｌｏｇ的公司，在ｌ９７６年７月推出了Ｚ一８０处理器。 这是个做了很大改进的８０８０增强版，其引脚与８０８０ 并不兼容，且还加入了一些新的功能，如存储器接 口和ＲＡＭ刷新电路等等，使系统设计变得更为简单 和便宜。 处理器的另一个发展分支是ＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ ｅｓ 公司，他们于ｌ９７６年推出了６５０２芯片。此芯片由 几个曾经在Ｍｏｔｏｒｏｌａ第一个处理器上工作过的前 Ｍｏｔｏｒｏｌａ工程师设计。６５０２与８０８０一样，也是一 个８位处理器，其售价约为２５美元，而８０８０在刚 推出时的价格大约为３ ０ ０美元。价格的吸引力使 Ｓｔｅｖｅ Ｗｏｚｎｉａｋ将该芯片用在Ａｐｐｌｅ Ｉ和Ａｐｐｌｅ ＩＩ的 设计中。同时，此芯片也被用在Ｃｏｍｍｏｄｏｒｅ和别 的系统生产商的系统中。６５０２及其后继芯片还被用 在计算机游戏中，包括最初的Ｎｉｎｔｅｎｄｏ娱乐系统 （Ｎ Ｅ Ｓ，就是我们小时候玩的红白机）等。 ＭＯｔｏｒｏｌａ转而创造了６８０００系列，成为ＡＰＰｌｅ Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ系列计算机的基础（同时也是ＳＥＧＡ著 名的ＭＤ游戏机的主处 理器）。 现在， Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ这个系列计算 机使用同样出自 Ｍｏｔｏｒｏｌａ的ＰｏｗｅｒＰＣ芯 片，成为原始６８０００系 列的后继者（图４）。 图４ 不过，从某个角度来讲，成功的Ｐ Ｃ中所采用 的基于ｘ８６指令集的Ｉｎｔｅｌ体系结构了个人计算机 的成长。但是从其他方面来看，由于它的成功使得 大量的程序、外设和附件得以开发，Ｐ Ｃ已成为事 实上的工业标准。最初用在ＰＣ上的８０８８内置将近 ３０，０００个晶体管，在５ＭＨｚ下运行，而如今我们普 遍使用的ＣＰＵ都已经在ＩＧＨｚ以上运行了！根据摩 尔定律，在几年内使晶体管达到几亿的数量级，将 会是一件很平常的事情。 ＯＫ，前面已经简单地给大家介绍了ＣＰＵ的最 初发展历史，那么，这个带给我们无数精彩游戏、 荡器电路包含在主板芯片组中，所以在一些新主板 中就没有可视的分离元件了。当电压加到石英上之 后，其上便会产生由晶体（切片）形状和尺寸决 定的谐波振动（振荡）。由晶体发出的振荡以晶体 谐波速率的交变电流形式出现，这个交流就是时钟 信号，是计算机工作的时间基础。典型的计算机系 统运行于每秒几百万周，所以速率用兆赫兹 （ＭＨ Ｚ）度量（１赫兹等于每秒一周）。交流信号 就像正弦波一样，根据每个波形峰值间的时间来定 义频率（图５）。 ：一 ｌ ｔ、圈期—一 ：时间 图５ 注意：赫兹是根据德国物理学家Ｒｕｄｏｌｆ Ｈｅｒｔｚ的 名字命名的。Ｉ ８８５年，Ｈｅ ｒｔｚ证实了电磁理论，说 明光是电磁辐射的一种形式，像波一样传播。 一个周期是处理器中最小的时间单元，每个动 作至少需要一个周期，往往还要若干个周期才能完 成。例如，为了传输数据进或出存储器，Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩＩ那样的现代处理器最少需要３个周期设定第一次存 储器传输，然后对后续的３－６个连续的传输每个传输 用一个周期。第一次传输中用的额外周期叫做等待 状态，等待状态是一个时钟间隔，什么也不会发 生，这样就保证了处理器不会超过计算机其余部分 而自行运转。 执行指令所需时间的变化： 雷释 Ｌ 维普资讯 http://www.cqvip.com ＹＩＮＧ儿ＡＮ ＹＵ ＫＥ ＢＡＮ 匿●盈函蛋衄一 ■ 一 ■ ８０８６和８０８８。原始的８０８６和８０８８处理器平均 需要ｌ ２个周期执行一条指令。 ２８６和３８６。２８６和３８６处理器将速率改进到大约 每条指令４、５个周期。 ４８６。４８６和大多数其他Ｉｎｔｅｌ兼容处理 器，如ＡＭＤ ５ｘ８６，进一步降低速率到每条指令２ 个周期。 倍。同样的道理也适用于Ｐｅｎｔｉｕｍ——在与４８６相 同的周期数中可以执行多达两倍的指令，这意味着 在同样时钟速率下，Ｐｅｎｔｉｕｍ比４８６要快两倍。因 而，一个ｌ３３ＭＨｚ的４８６级处理器（如ＡＭＤ ５ｘ８６ ｌ３３）并不比７５ＭＨｚ的Ｐｅｎｔｉｕｍ快！以每周期中完 成的指令数而言，Ｐｅｎｔｉｕｍ中兆赫兹的“价值”是 ４８６兆赫兹价值的两倍。Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩ和Ⅲ在给定时间 的时钟速率下大约比相应的Ｐｅｎｔｉｕｍ快５０％，因为 它们可以在同样的时钟周期中执行更多的指令。 比较一下相关处理器的性能就可以看到，一个 ６００ＭＨＺ的Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩ处理器大约等于（理论上） 一Ｐｅｎｔｉｕｍ。Ｐｅｎｔｉｕｍ体系结构和别的第五代Ｉｎｔｅｌ 兼容处理器，如出自ＡＭＤ和Ｃｙｒｉｘ的微处理器，采 用了两条指令流水线及其他的改进措施，使其在每 个周期中可以运行一到两条指令。 Ｐｅｎｔｉｕｍ Ｐｒｏ、Ｐｅｎｔｉｕｍ ＩＩ／ＩＩＩ、Ｃｅｌｅｒｏｎ和 个９００ＭＨｚ的Ｐｅｎｔｉｕｍ处理器，或一个ｌ，８００ＭＨｚ Ｘｅｏｎ。这些Ｉｎｔｅｌ Ｐ６级的处理器，以及其他一些出 的４８６处理器，或一个３，６００ＭＨｚ的３８６和２８６处理 器，或一个７，２００ＭＨｚ的８０８８处理器。 一 自如ＡＭＤ和Ｃｙｒｉｘ的第六代处理器，在一个周期中 可以执行３条以上的指令。 不同的指令执行时间（以周期计）使不同的系 统间难以以单纯的时钟速率或每秒周期数进行比较。 对于两个在相同时钟下工作的处理器，如何才能区 分出哪一个执行得更快些呢？答案是简单的：效 率。 好了，这期的内容到这里就要先告一段落了， 大家看过之后感觉怎么样？如果你对这个栏目有什么 好的建议或改进方法，可以直接给我来信 ｈａｒｄｗａｒｅ＠ｐｃｆｒｉｅｎｄ．ｃｏｍ．ｃｎ，我一定会听取大家的 意见，努力使这个栏目更上一层楼。 一句话预告：下期我们将继续本期的内容，重 ４８６之所以比３８６要快得多，其主要原因就是在 同样的周期数内，前者执行的指令数是后者的两 点讲解一下ＣＰＵ的频率设定以及标称的方法，到时候 别忘了准时收看哦。 一 （上接第５ ４页） 要使用ＤＤＲ３３３模式的前提条件是处理器的ＦＳＢ达 到５３３ＭＨｚ，此外别无他法。前几天Ｔｏｍｓｈａｒｄｗａｒｅ 内置显示内核频率，对Ｉｎｔｅｌ而言难度并不大，就主 板厂商也完全可以做到的，而８４５ＰＥ不沿用８４５Ｅ设 计，而去采纳８４５Ｇ方案却多少有点出人意料，实 在让人困惑。 的８４５Ｇ横向评测中就是在这样情况下测试，这种工 作方式基本上是所有８４５Ｇ主板的支持特色，只是运 用到所谓的８４５ＰＥ中。另外还有一个有趣的地方， 结语：前途未Ｉ、 Ｉｎｔｅｌ推出这两款产品的时间似乎来得不是太及 时，它还要抗击其他厂商咄咄逼人的攻势。目前， ＳＩＳ６４８和Ｐ４Ｘ４００的零售版本产品已经上市，在技术 上是超前一截（ＡＧＰ８ｘ、ＡＴＡｌ ３３等），而且价格也 比较实惠，相反Ｉｎｔｅｌ的８４５ＰＥ／ＧＥ产品还只是少部 分测试样品出现在和我们面对面，踏上市场的路途 还较长，如果ＶＩＡ和ＳＩＳ可以好好把握机会，也许 有可能在Ｐｅｎｔｉｕｍ ４主板平台中取得不错的地位。 那就是８４５ＰＥ主板的ＢＩＯＳ选项中，还保留着内置显 卡的选项，不排除直接采用８４５Ｇ主板ＢｌＯＳ的情 况。 ｈｕｌ￣，ｌ＆‘５６ Ｃ●■ §Ｈ Ｉｍｅｌ８ｌ５ＰＥ ６Ｅ Ｃｈ－ｓＨ －ｔｅｌ¨５ＧＬａ－■ｓ耐 图７ 而在接下来的好长一段时间，８４５ＰＥ／ＧＥ将要 继续肩负“前人”的工作，率先支持Ｐｅｎｔｉｕｍ ４ ３．０６ＧＨｚ以上处理器以及Ｈｙｐｅｒ－Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ（超线 对于８４５ＧＥ是８４５Ｇ提高显示内核频率的衍生 物，而８４５ＰＥ则是８４５Ｇ屏蔽显示内核的直接产物这 个焦点问题，从方方面面信息以及实际产品的情况 来看，笔者是认同的，这并不足为奇。简单来说， 程）技术，成为Ｉｎｔｅｌ的又一把双刃刀，担当大任， 不用费时太久就可以取代８ ４ ５ Ｅ／Ｇ的地位。而 ８ ５ ０Ｅ，由于性能差距的减小，价格差异使然，很 快就会退下前线。 其实是Ｉｎｔｅｌ的一个权宜之计，事实８４ ５ Ｇ支持 ＤＤＲ３３３的情况就一直都没有被Ｉｎｔｅｌ提及过，提高 １．＿熏
