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清华同方计算机系统本部技术服务中心技术培训手册(V3.0) 一
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第一章 CPU概述 -------------------------------------------------------------- 1
第二章 主板 ------------------------------------------------------------------- 42
第三章 BIOS详解 ---------------------------------------------------------- 100
第四章 内存 ----------------------------------------------------------------- 108
第五章 硬盘 ----------------------------------------------------------------- 148
第六章 显卡 ----------------------------------------------------------------- 186
第七章 声卡 ----------------------------------------------------------------- 226
第八章 MODEM --------------------------------------------------------- 253
第九章 电源管理 ----------------------------------------------------------- 256
第十章 显示器 -------------------------------------------------------------- 259
第十一章 移动存储 -------------------------------------------------------- 278
第十二章 清华同方电脑产品资料 -------------------------------------- 331
第十三章 2002~2003年有代表性问题的汇总------------------------ 343
第十四章 常见故障及排除方法------------------------------------------- 351


第一章     CPU概述
CPU是Central Processing Unit的缩写,即中央处理器。CPU发展至今,其中所集成的电子元件也越来越多,上千万个晶体管构成了CPU的内部结构。那么这上千万个晶体管是如何工作的呢?看上去似乎很深奥,但归纳起来,CPU的内部结构可分为控制单元,逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(指令),经过物资分配部门(控制单元)的调度分配,被送往生产线(逻辑运算单元),生产出成品(处理后的数据)后,再存储在仓库(存储器)中,最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。 CPU是整个微机系统的核心,它往往是各种档次微机的代名词,CPU的性能大致上反映出微机的性能,因此它的性能指标十分重要。

第一节.     CPU概念全接触

CPU主要的性能指标有:
第一、主频,倍频,外频。主频也就是CPU的时钟频率,英文全称:CPU Clock Speed,简单地说也就是CPU运算时的工作频率。一般说来,主频越高,一个时钟周期里面完成的指令数也越多,当然CPU的速度也就越快了。不过由于各种各样的CPU它们的内部结构也不尽相同,所以并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。至于外频就是系统总线的工作频率;而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者是有十分密切的关系的:主频=外频x倍频。
第二、 内存总线速度,英文全称是Memory-Bus Speed。CPU处理的数据是从哪里来的呢?学过一点计算机基本原理的朋友们都会清楚,是从主存储器那里来的,而主存储器指的就是我们平常所说的内存了。一般我们放在外存(磁盘或者各种存储介质)上面的资料都要通过内存,再进入CPU进行处理的。所以与内存之间的通讯的内存总线的速度对整个系统性能就显得很重要,由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异,因此便出现了二级缓存,来协调两者之间的差异,而内存总线速度就是指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。
第三、扩展总线速度,英文全称是Expansion-Bus Speed。扩展总线指的就是指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线,我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西,这些就是扩展槽,而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。
第四、工作电压,英文全称是:Supply Voltage。任何电器在工作的时候都需要电,自然也会有额定的电压,CPU当然也不例外了,工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU(286至486时代)的工作电压一般为5V,那是因为当时的制造工艺相对落后,以致于CPU的发热量太大,弄得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高,近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势,以解决发热过高的问题。
  第五、地址总线宽度。地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。16位的微机我们就不用说了,但是对于386以上的微机系统,地址线的宽度为32位,最多可以直接访问4096 MB(4GB)的物理空间。而今天能够用上1GB内存的人还没有多少个呢(服务器除外)。
第六、数据总线宽度。数据总线负责整个系统的数据流量的大小,而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。
第七、协处理器。在486以前的CPU里面,是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能就是负责浮点运算,因此386、286、8088等等微机CPU的浮点运算性能都相当落后,相信接触过386的朋友都知道主板上可以另外加一个外置协处理器,其目的就是为了增强浮点运算的功能。自从486以后,CPU一般都内置了协处理器,协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算,含有内置协处理器的CPU,可以加快特定类型的数值计算,某些需要进行复杂计算的软件系统,如高版本的AUTO CAD就需要协处理器支持。
第八、超标量。超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的,只有Pentium级以上CPU才具有这种超标量结构;486以下的CPU属于低标量结构,即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。
第九、L1高速缓存,也就是我们经常说的一级高速缓存。在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率,这也正是486DLC比386DX-40快的原因。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大,容量越大,性能也相对会提高不少,所以这也正是一些公司力争加大L1级高速缓冲存储器容量的原因。不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,在CPU管芯面积不能太大的情况下,L1级高速缓存的容量不可能做得太大。
第十、采用回写(Write Back)结构的高速缓存。它对读和写操作均有效,速度较快。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存,仅对读操作有效.
第十一、动态处理。动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术,创造性地把三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。动态处理并不是简单执行一串指令,而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。
动态处理包括了1、多路分流预测:通过几个分支对程序流向进行预测,采用多路分流预测算法后,处理器便可参与指令流向的跳转。它预测下一条指令在内存中位置的精确度可以达到惊人的90%以上。这是因为处理器在取指令时,还会在程序中寻找未来要执行的指令。这个技术可加速向处理器传送任务。2、数据流量分析:抛开原程序的顺序,分析并重排指令,优化执行顺序:处理器读取经过解码的软件指令,判断该指令能否处理或是否需与其它指令一道处理。然后,处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令。3、猜测执行:通过提前判读并执行有可能需要的程序指令的方式提高执行速度:当处理器执行指令时(每次五条),采用的是“猜测执行”的方法。这样可使奔腾II处理器超级处理能力得到充分的发挥,从而提升软件性能。被处理的软件指令是建立在猜测分支基础之上,因此结果也就作为“预测结果”保留起来。一旦其最终状态能被确定,指令便可返回到其正常顺序并保持永久的机器状态。
第二节   Intel的CPU系列
Tualatin: PIII最后的辉煌
Intel 发布了1.13GHz 的P III 处理器,但因1.13GHz P III 处理器存在bug,Intel 不得不回收了1.13GHz P III 处理。从那以后,Intel甚至不再尝试重新发布1.13GHz P III 处理器。造成1.13GHz难以逾越的原因是PIII 处理器的架构,0.18微米制程技术下的处理器难以在1.13GHz 的频率下稳定工作。Intel突破频率限制的唯一方法是发展处理器的制程技术(类似AMD 从Athlon发展到Athlon 4内核)或减小处理器的电路尺寸,为更快时钟频率的处理器的到来铺平道路。因为PIII处理器即将被P4处理器取而代之,所以Intel采用0.13微米制程技术缩小PIII处理器的电路尺寸。从历史上看,Intel 总是首先在较小范围内采用应用新工艺的处理器,当技术成熟之后才开始大批量生产,即首先在移动或服务器市场引入采用新工艺的处理器,然后才用于桌面电脑市场。这次也不例外,Intel 将首先把0.13微米制程技术用于生产基于x86架构的笔记本P III处理器。这种0.13微米的笔记本PIII处理器Pentium III-M ,采用了Intel 最新0.13微米Pentium III 内核Tualatin取代了1999年10月引入的0.18微米Coppermine 内核。尽管首先被引入到笔记本处理器市场,Intel 也将发布另外两个版本的0.13微米Tualatin处理器:一种用于桌面电脑,一种用于服务器。用于桌面电脑的版本仍被称作PIII ,但用于服务器的版本被称作PIII-S 。新的1.13GHz Tualatin 将被命名为PIII 1.13A ,以区别先前失败的1.13GHz PIII 。现在我们将介绍的是桌面Tualatin 处理器。这种处理器的发布具有重大意义,不仅是因为它是Intel 的第一片0.13微米桌面处理器,而且它将最终成为下一代Celeron 处理器的核心。
0.13微米的PIII 实际上和0.18微米Coppermine 核心的Pentium III规格相同,具有相同的缓存(32KB L1,256KB L2),FSB都为133MHz。但Tualatin 内核与Coppermine内核还是存在区别。
从兼容性上看,Tualatin需要新的芯片组支持,因为它需要更低的工作电压。自从Pentium Pro开始 ,所有的Intel P6处理器都在前端系统总线使用了GTL+技术。从Pentium Pro 到Pentium II/III, GTL+的使用实际上有些微的改进,后来进化为AGTL+ 总线。所有这些FSB都使用1.5V 的电压,但Tualatin 使用更低的1.25V 电压。更明确地说,Tualatin 将需要能够提供1.25V AGTL 电压的新芯片组的支持。Tualatin 将支持Coppermine并不支持的总线频率调整,其目的是为了减少高时钟频率处理器的电磁干扰,Pentium 4 处理器也使用了这新一技术。因为处理器核心面积的减小,Tualatin的功率比Coppermine低得多。而Coppermine 使用的VRM 8.4规格仅仅用4-pin VID (VID0 – VID3),提供以0.05V 为增量的电压调节。为了得到更低的电压,Tualatin 采用新的VRM 规格,VRM 8.5新增加了两个针脚:VID25mv 和 VTT_PWRGD。VID25mv 用来连接先前的4个VID针脚,以便提供以0.025V为增量的电压。VTT_PWRGD 需要1.25V 的输入;如果这两个新针脚中的任何一个没有连接正确,系统将不会启动。这就是说Tualatin PIII将不能在现有主板上工作。
在性能方面,Tualatin 比Coppermine 的长处是它的DPL技术。P4处理器也采用了类似的技术,利用空闲的系统总线带宽将数据预读进处理器的二级缓存。当DPL预测正确时,处理器就能从二级缓存里而不是从主内存中得到数据。当DPL预测错误时,系统也没有任何影响。遗憾的是Tualatin 的DPL 功能并不像Athlon 4和P4的那样有用,因为Tualatin 仍然使用133MHz FSB 。64位AGTL FSB在理论上带宽最高只能达到1.06GB/s ,而Athlon 4和P4分别可以达到2.1GB/s 和3.2GB/s 的带宽。因为没有足够的带宽,Tualatin的 DPL效能很低。但这也说明在高频率下Tualatin将比Coppermine表现更好。除了以上两点变化外,Tualatin和Coppermine基本相同。
发热量更小
PIII 1.2GHz Tualatin处理器使用1.475V核心电压,比采用Coppermine核心的PIII 1GHz 处理器使用的1.75V电压低16%。核心电压的降低能够减少处理器运行时的散发的热量。1.2GHz的Tualatin会产生29W的热量,少于0.18微米1GHz PIII所产生的33W热量。目前大多数0.18微米的高频率处理器会产生50W以上的热量
为了帮助0.13微米核芯散热,Intel 在新PIII处理器上采用新的封装工艺FC-PGA2,区别于先前Socket-370 PIIIs使用的FC-PGA封装。
集成度更高
将0.18微米制程改进为0.13微米制程最大的好处之一是使处理器的内核减小了一半,提高了处理器的集成度。PIII-S 采用和桌面电脑版本相同的内核,但拥有高达512KB 的二级缓存。除了拥有更大的二级缓存,PIII-S 具有和PIII (Tualatin)相同的架构。
我们曾多次提到P4 处理器将很快在桌面电脑市场取代PIII处理器(P 4 处理器太大,散热量大而不适用于笔记本市场)。实际上,Intel 并不希望人们购买桌面Tualatin 处理器。到今年八月末1.2GHz PIII (Tualatin)的售价大约为260美元,而1.5GHz P4的售价大约为130美元。极高的价格将限制Tualatin核心PIII的销量,主要是推动P4处理器尽快成为桌面电脑市场的主流。将Tualatin 核心推向桌面处理器市场的目的是为了给Tualatin的真正归宿—Celeron 铺平道路。年末,Intel 将发布1.2GHz 的新Celeron 处理器。在过去的两年中,Celeron 的市场份额在不断的萎缩,Intel想通过新Celeron 处理器来夺回失去的市场份额。而AMD的钻龙处理器价格已到了极低的水平,是廉价和高性能的最佳选择。
为了延续Celeron 的惯例,Intel 似乎打算削弱Tualatin内核的功能,以区别于它的旗舰处理器P4。目前看来,0.13微米Tualatin 内核的Celeron 只有128KB 二级缓存并且仍使用100MHz FSB ,将极大的影响Celeron的性能。首先,仅有128KB 二级缓存将很难在许多新软件上有好的性能表现。Windows XP操作系统比Windows 2000对硬件的要求更高,Windows XP系统下的应用软件也将耗费更多的处理器资源。新Celeron 的128KB二级缓存将很难胜任,因此用户更愿意选择年末将推出的拥有512KB二级缓存的P4处理器。其次,仅拥有800MB/s 的总线带宽(100MHz FSB)也会有碍其性能。
如果Intel 真的想用Celeron 与钻龙处理器抗衡,应该推出采用PIII Tualatin内核的Celeron处理器。拥有8路256KB二级缓存和133MHz FSB的Celeron必将给AMD的钻龙处理器以沉重打击。
芯片组与主板支持
我们先前以提到过,新的VRM 和总线使Tualatin 内核的PIIIs 需要新的主板以及芯片组的支持。为了满足这种要求,Intel 发布了支持Tualatin 内核的新i815芯片组i815 B-Step。 i815 B-Step实际上基于815EP芯片组,没有整合显卡。
威盛也发布了支持Tualatin 的两款芯片组Apollo Pro 133T 和Pro 266T。它们与Pro 133A 和 Pro 266的区别仅仅在于是否支持Tualatin 内核的PIIIs。
这些采用新芯片组的主板也将支持Tualatin 内核的新Celeron处理器。
结论
处理器核心的缩小并不容易,因此新1.2GHz Pentium III发布的推迟也在情理之中。新处理器的价格尽管也能接受,但仍使难以使其推广。PIII 1.2GHZ的表现也有目共睹,在笔记本处理器市场它将与Athlon 4竟争,但在桌面电脑市场它的价格也太贵了。两倍的售价使新PIII 1.2 GHz处理器并不会比1.5GHz P4做得更好。年末,P4处理器将取代PIII处理器。当支持双SDRAM 和 DDR SDRAM内存芯片组问世后,P4将比PIII更容易被人们接受。现在已经是告别PIII拥抱P4的时候了。Intel 的未来主流桌面处理器仍然首推P4处理器。当然AMD也不甘示弱,将在今年年末推出0.13微米制程的Athlon处理器以和Intel一争处理器的天下。
细心区分奔腾III Tualatin与Coppermine-T
Intel推出了运用0.13微米制程的Tualatin核心的新奔腾III,采用了新的封装形式。为用户带来更安全的安装过程,更出色的使用体验和更好散热效果。无论从哪个角度来看,Tualatin都是一款不错的处理器。
但是,新的CPU的出现同样会带来新的问题:Tualatin和Coppermine-T实在是太像了!
奔腾Ⅲ Tualatin的背面有一组排列十分密集的电阻,是区别奔腾Ⅲ Coppermine(铜矿)的一个重要特征。以前Intel曾经推出了一些为了方便厂商测试所用的Coppermine-T处理器,在外观上和Tualatin差不多,但由于仍然基于Coppermine核心,因此在背后的电阻上和真正的Tualatin处理器有所不同,如果市场上出现Tualatin的时候,消费者可是要小心看清楚才好购买,以防被奸商利用两者之间的差异弄虚作假。
Coppermine-T使用的仍旧是Coppermine和0.18微米的制程。Coppermine-T和市面上普通的PIII的明显区别是更换了脆弱的FC-PGA封装,避免CPU Die被风扇压碎的危险。下面的图片你能分辨出来哪个是Tualatin吗?
可以看出,Tualatin的颜色比Coppermine-T更深一些。然而真正关键的区别在背面看出来了吧,Tualatin背面的电阻比Coppermine-T更小,排列方式也不一样。
从上面照片可以清楚的看到,奔腾Ⅲ Tualatin的大小和奔腾Ⅲ Coppermine的一样,样子就像是奔腾Ⅲ Coppermine在Die上加上一个金属壳。众所周知,由于奔腾Ⅲ核心比较小而且十分脆弱,安装散热装置的时候一不小心就有可能发生压毁CPU的悲剧,Athlon和Duron同样也存在着这样的危险。装上一个像P4一样的铝壳以后,可以有效的保护核心不受压迫。基于0.13μm制程的Tualatin运行时比起任何一款处理器都要清凉,即使是处于急速超频的状态之下,配合一般的散热风扇也丝毫感觉不到热。
本质上,Tualatin和Coppermine的基本不存在差异,最重要的区别在于核心制程从0.18微米(Coppermine)缩减为0.13微米(Tualatin)。试想一下在原来仅可以生产出100块CPU的原料上生产出200块的CPU,这样Intel就可以在生产上节省一定成本以保证Tualatin价格上的竞争力。但Intel是否能保证以往一样的高成品律却是值得研究的问题。
Tualatin采用了4×四倍字长(256位)高速缓存总线,而Coppermine只采用双四倍字长(128位)总线。对于高频率的处理器来说,提高数据缓存总线宽度绝对可以大幅提高缓存的数据吞吐量。另外,Intel还会推出512KB L2 Cache的Tualatin以迎合高端工作站和服务器的需要,显然这是为双处理器系统而设计。或者说,转用0.13微米制程后,为奔腾III多加256KB L2 Cache是合情合理的事情。
由于采用0.13微米制程,所以Tualatin的核心电压要比Coppermine低。核心电压仅为1.475V,比Coppermine低了0.175V左右。对比起当初从0.25微米升级到0.18微米时,电压降幅为0.4V左右(从2.00V下降到1.60V)。(0.18微米制程的Celeron也仅使用1.50V的电压)。除了工作电压之外,Tualatin需要配搭支持更低电压的新主板。另外,根据Intel发布的白皮书介绍,CPU增加了25mV的核心电压电压定义针脚。显然,专为Coppermine设计的旧款Socket370主板并不支持这样的电压增量,因此Tualatin需要新增25mV的电压定义针脚来支持0.025V的电压增量。除此之外,FCPGA2还要求主板制造厂商提供最低1.05V的电压支持。
新制程的256KB二级缓存的Tualatin处理器已经完全摆脱了奔腾Ⅲ的阴影,从性能上和频率上都不能同日而语,在大部分的性能上都力压同频率的Athlon处理器,甚至比AthlonMP也好不逊色。当然,最吸引人的还是要数Tualatin的超频性能,首款基于0.13μm的Tualatin处理器,超频的时候理所当然的要比0.18μm的奔腾Ⅲ成功率要高一些。超频以后的Tualatin在频率上达到了一个新的高度,风头直逼最新的2GHz 奔腾4,相信完全超越高频率的奔腾4处理器也不是一个新鲜的事情,在频率上落后的Athlon处理器更是不在话下了。
Tualatin与Coppermine-T的形似给奸商鱼目混珠带来了直接的便利。现在市面上已经有Coppermine-T在销售,而且Intel也宣布Tualatin是不会在零售市场上销售的,但是在此之前还是有一定数量的Tualatin在香港、台湾、日本等地销售,我们更不能排除这些产品流入国内市场的可能性(截止至截稿时Tualatin已经在中关村有售)。另一方面,服务器版本的Tualatin仍然存在,对于性能表现让人称道的产品,相信还是会吸引部分有头脑有渠道的商家参与,因此市场上出现Tualatin的可能性还是非常大的。大家在购买的时候要睁大眼睛哟!
Intel Pentium 4 Northwood
当基于0.13微米技术Northwood核心的Intel Pentium 4 2.0AGhz 和 2.2Ghz处理器以及主频为1.67 Ghz的AMD Athlon XP 2000+发布以后,两个技术上的巨人,Intel 和 AMD又拉开了一场战斗。
简介:
正如我们所看见的那样,随着Intel和AMD之间的 “速度之战”越来越深入,Intel在这方面已经有所领先。当然,这种纯粹的速度比赛仅仅建立在没有实际意义的表现之上,但是无人能够否认时钟频率速度就像IPC一样是CPU的重要表现指标。当然在以上两个方面获得最好的表现是不容易的。所以Intel的策略就是提高P4的时钟频率,而对IPC则不大在意。Intel力图发挥P4的最佳效能,于是在诸如指令交换缓存、快速执行引擎和SSE2指令引擎方面花了很大力气。尽管如此,过去一年Intel还是无法用P4把AMD的Athlon处理器压住,至少在DIY市场是如此。下半年情况有所改观,因为Intel大幅度调低了P4的价格,而同时低廉的SDRAM和DDR SDRAM同P4也能很好的配合起来,这些都使Intel受益匪浅。


从Intel和AMD那里我们能希望什么?
2002年将是一个值得期待的年份。到目前为止,Intel把0.13微米基于Northwood核心的2.0AGHz和2.2GHz P4包装上市,而AMD也将在第一季度或第二季度把基于Thoroughbred核心的0.13微米Athlon XP和基于Appaloosa核心的Duron推向市场。从这个方面来看,我们可以期望Intel在AMD推出值得期待的1.8GHz(编号2200+)Thoroughbred处理器之前会有一个大手笔。不过从我们所了解的信息来看,Thoroughbred和那些老处理器相比,内部构造改动不大。在今年年初,Intel还有可能推出533Mhz 的Pentium 4版本,而AMD将用Athlon XP 1.8Ghz来回应533Mhz外频的 P4 2.2Ghz, 2.226Ghz 和2.4Ghz的挑战。Intel将会把533Mhz系列的P4同Tehama-E(双通道PC1066 RDRAM, ICH4)、Brookdale-E和Brookdale-G芯片组(DDR266/333, ICH4)结合在一起以提升总体效能。533Mhz P4在市场上出现对AMD Athlon XP而言将是一个不妙的事情。从两家公司各自的计划来看,第一季度Intel Celeron 1.3Ghz和Duron 1.3Ghz,第二季度Celeron 1.4Ghz 与Duron 1.4Ghz的竞争并不会让人那么兴奋。今年晚些时候,我们能够看到Intel 533Mhz Pentium 4系列会有更高频率——比如接近3GHz——的产品出现,以对抗AMD 0.13微米基于SOI Barton核心的Athlon XP。我们还会看到带有128KB cache的1.8GHz P4 Celeron出现,这在速度上是与AMD基于Appaloosa 核心超过1.5GHz的Duron抗争。
Northwood构造
从上面的图样大家可以看到0.13微米Northwood与当前0.18微米Willamette P4的区别。从这些资料中我们知道,现在的P4大概有214平方厘米,而Northwood只有145平方厘米,而且制造成本只有前者的55%。
在通常的P4微结构方面最引人瞩目的还是Hyper-pipelined技术、快速执行引擎、执行轨迹缓存、高级转换缓存、高级动力执行功能、提高了的浮点/多媒体功能以及SSE2。
512KB L2 Cache
Northwood和Willamette的内部结构在额外的L2 Cache方面没有太大的差别。Northwood和Willamette都有8KB的L1 cache以及8通道交换的L2 cache。如果你仔细观察了上面的图样,你会发现跟Willamette的L2 cache比较的时候,左边有两个白色的长方形占了很大的空间。这是由于集成在Northwood 的512KB L2 cache是Willamette的两倍。另一个可以观察到的东西是0.18微米的处理器没有空间安放额外的256KB L2 cache,因此Intel只有从其他部件上腾出空间来安放另一个256KB L2 cache。
Hyper-Threading
我们能够观察到Northwood内部还有一些用黑色长方形标示出来的空间,我认为这是用来安放那些占用大约5%空间用来进行SMT和Hyper-Threading 运作的AS(结构部件)。有消息说Northwood支持Hyper-Threading,但是现在还不行。有消息说Intel今年下半年会给自己的533Mhz Northwood提供SMT功能,这当然是个好消息。另外一个好消息说Intel已经把Hyper-Threading集成到服务器版Prestonia处理器上了。据Intel介绍,Hyper-Threading技术能够使单个物理处理器同时执行两个独立的程序代码,这样就能够提高处理器大概30%的性能。
很明显当考虑到时钟频率速度的话,Intel棋高一招。基于Northwood核心和512KB L2 cache的Pentium 4的对AMD而言不啻为一个巨大的压力。然而Athlon XP在如SpecViewPerf, Integer tests、3DMark2001和TMPGEnc的测试项目中表现却比Northwood表现要好。在大多数的测试中,尤其是在综合测试中,Athlon XP 2000+也能够轻易超过P4 2.0Aghz,但是却无法超越P4 2.2Ghz。
我们必须注意到Intel Pentium 4在市场上有两种内存搭配版本供选择:DDR和RDRAM。对于游戏玩家来说,你必须在搭配Intel 850芯片组的Northwood和与DDR主板的Athlon XP之间作出选择。Northwood+i850的表现将高于Athlon XP的组合,但问题在于价格并不便宜。对于那些要进行许多MPEG编码工作的人而言,Northwood 和Athlon XP都是不错的选择。因为Athlon XP总体上要快一些,而Intel的主板芯片组在驱动器表现和稳定性上处于领先地位。对于那些需要作大量商务应用的专业人士而言,他们自然应该选择Intel P4 Northwood,这能够提供极好的表现以及商务应用的计划。Athlon XP能够提供良好的性价比方案,虽然在商务应用方面Intel P4 Northwood处于领先地位。
集成在P4 Northwood中的512KB cache确实在一些应用中帮了P4 Northwood很大的忙。大容量的缓存对于P4的速度用处很大。我们还必须注意到的是和Tehama-E Dual Channel PC1066 RDRAM主板搭配的533Mhz Pentium 4,就如同内建在Northwood里的SMT一样。
主流奔腾4 CPU芯片的介绍
Northwood 1.6AGHz
这块CPU是Intel Northwood奔腾4种主频最低的一款产品。虽然主频只有1.6GHz,但是是采用了0.13微米工艺的Northwood核心,拥有512KB的二级缓存。与同频率的Willamette奔腾4比较,该CPU发热量要小得多,同时综合性能要领先大约10%左右。这不但得益于更大的二级缓存容量,同时也得益于Northwood核心改进的20集流水线算法所带来的执行效能上的提高。在售价方面,1.6AGHz的奔腾4比1.6GHz的产品要贵100元左右。但是,考虑到更加先进的工艺、更大容量的缓存以及性能上的优势,多花一点钱购买这款处理器还是十分值得的。
Northwood 1.8AGHz
Northwood 1.8AGHz的奔腾4拥有与1.6AGHz产品同样的技术特性,所不同的只是频率上的差异。相比较于Willamette1.8GHz,其性能提升也是在10%左右。
Northwood 2.2AGHz
Northwood是Intel的第二代Pentium 4内核,本质上它和第一代内核Willamette没有太大的差别,但还是有一些值得称道的改进。
Northwood采用的是0.13微米制造工艺,而Willamette采用的是0.18微米制造工艺。Willamette使用传统的铝导线连接,而Northwood使用铜导线连接,可以有效减少串扰。Intel宣称0.13微米工艺下生产的Northwood中的60纳米大小的晶体管是迄今为止在大批量条件下最小的也是最快的。其实Tualatin Pentium III就是采用的0.13微米制造工艺,现在终于有0.13微米制造工艺的Pentium 4了。
从上图我们可以看到,同样大小的晶圆(虽然上图的两块晶圆不是同一个生产阶段的),可以切割出更多的Northwood核心。也就是说Northwood核心面积比Willamette的要小,Northwood核心面积为145平方毫米,Willamette的核心面积为217平方毫米。面积减小可以带来很多好处,比如发热量和功率消耗的减少,以及成本更低。功耗和发热的减少又能使运行频率进一步提高,也许今年就会有3GHz的Pentium 4面世。所以说0.13微米制造工艺真是好处多多。
核心面积变小,使得Intel可以把Northwood的L2片上缓存从原来的256K增加到512K。L2缓存的增加使得Northwood总共集成了5千5百万个晶体管,而Willamette的集成度为4千2百万个晶体管。L2缓存的增加有助于提高Pentium 4的性能,可以使Pentium 4那很深的流水线一直处于工作状态,增加IPC(每时钟周期执行的指令数)执行数。
Northwood的发布当天,Intel共推出了两个频率的Northwood:2.0GHz和2.2GHz。为了和2GHz的Willamette区分开来,Intel把2GHz的Northwood称为2.0A GHz Pentium 4处理器。这个“A”是不是又勾起了你关于赛扬300A的美好回忆?
Northwood 2.4AGHz
Intel推出了频率更高的2.4GHz Pentium 4 Northwood处理器。Pentium 4 处理器从推出到现在只有短短一年半的时间,但是在这段时间里,它的频率几乎提升了一倍。从这一点来看,Intel的“Hyper Pipelined”技术是专门为速度而设计的。
Pentium 4 2.4GHz处理器规格
?采用Intel 0.13微米技术生产
?每两个核心采用一块300mm 晶圆,降低了生产成本
?512K全速二级缓存
?128位浮点/多媒体单元
?为高频率设计的“Hyper Pipelined”技术
?采用Intel “NetBurst”微架构
?有Intel? 850和i845芯片组的支持
?兼容现在所有的基于Intel架构的软件
?具备SSE2指令集
?具备Intel? MMX? 多媒体增强技术
?支持4 GB内存的寻址,系统内存最高容量可达64 GB
?核心电压为1.5V
综合评价Willamette与Northwood
对比这两种奔腾4处理器,无论在任何方面Northwood都要胜出一筹,而价格方面也仅比同频率的Willamette贵100元左右。无论是从性价比的角度或者是单纯的性能角度考虑,我们实在没有理由不选择Northwood。从奔腾4发展的速度和趋势上来看,Willamette都已经是处于淘汰的边缘了,因此笔者在这里建议所有希望购买或升级到奔腾4系统的用户选择Northwood,因为这才是属于未来的真正的奔腾4处理器。
基于P4内核的赛扬芯片:P4赛扬的诞生背景
在基于铜矿内核的奔腾III和赛扬II处理器已经穷途末路的时候,新的采用0.13微米工艺生产的Tualatin内核新一代产品应运而生了。拥有512KB二级缓存、133MHz总线频率的高端版本被称为奔腾III-s,作为服务器和工作站市场的入门级产品;而拥有256KB二级缓存、100MHz总线频率的产品则接替了铜矿赛扬处理器的低端市场的位置,成为低端高性价比产品的代表。Tualatin256赛扬拥有256KB的全速二级缓存,并且与奔腾III一样为8路联合机制,所不同的是赛扬的缓存延迟为1而奔腾III为0。尽管如此,比起铜矿赛扬的4路联合机制缓存,性能上Tualatin256已经有了很大的提高。并且由于采用了0.13微米的生产工艺,这款赛扬处理器拥有极佳的超频能力,其综合性能优异。
但是,Tualatin内核终究是一个过渡产品,奔腾III架构已经走到了它历史使命的尽头,必将被新的,更加先进的系统所取代。Tualatin赛扬虽然拥有不错的性能,但是只能搭配老旧的81x甚至BX系列芯片组以及SD内存使用。在整体系统架构处于淘汰的基础上,再先进的处理器设计也不能造成性能上的本质改变。在与AMD同级的Duron处理器的较量中虽然把铜矿赛扬落后的距离拉进了不少,但是还是很难表现出优势。于是,在Tualatin赛扬还在市场上热销的时候,Intel已经悄然发布了新一代的赛扬核心,就是 Willamette128。
P4赛扬的技术特点
从外观上看,这款赛扬处理器与奔腾4处理器十分的相似,并且也是采用Socket478的接口形式,与支援奔腾4的芯片组完全兼容。但是仔细观察金属顶盖上的刻字,我们可以发现这是一颗赛扬处理器,主频为1.7GHz,拥有128KB的二级缓存和100MHz(400MHz)的总线频率以及1.75v的工作电压,其产地为哥斯达黎加。
现阶段的P4赛扬是基于Willamette奔腾4内核的产品,总体特性与Willamette奔腾4处理器相似,所不同的是其二级缓存仅有128KB。Intel惯用类似的手段来限制低端处理器的性能,但是这样一来就为原本并不高的执行效能又蒙上了一层阴影。简单的从Tualatin256与Willamette128的技术指标对比上来看,Intel这次仿佛是在倒退:从0.13微米倒退到0.18微米;从256KB二级缓存倒退为128KB。唯一有所进步的是主频频率,P4赛扬的起跳频率为1.7GHz。看来Intel这次又是故伎重演,借主频的优势来弥补执行效能的不足,希望能借助频率和更加先进的系统来打败Duron处理器。但是,运行在1.7GHz却仅有128KB二级缓存的赛扬能否真的达到Intel预期的目的?这一点我想很多人都十分怀疑。但是,不应该忘记的是,奔腾4内核是全新设计的架构,新的基于这种架构的赛扬处理器才刚刚进入市场,其发展潜力是巨大的。同时,与新赛扬搭配的芯片组比起Tualatin的配套产品要先进的多,由此而产生的性能提升将是十分可观的。如果说奔腾III架构是强弩之末,那么基于奔腾4全新架构的赛扬系列则是如旭日初升,前途一片光明。举例来说,就在最近,Intel表示要推出Northwood核心的赛扬处理器,并全面将赛扬的生产工艺转向0.13微米,同时有可能采用更大容量的二级缓存。
通过比较我们可以发现,这款Willamette128的赛扬处理器性能较同频率的Willamette奔腾4处理器低大约10%,而跟Northwood奔腾4相比则有大约20%的差距。即便是超频到2.2GHz,其性能也比不过Northwood 1.8AGHz。这与我们之前对这款处理器性能的设想比较符合,毕竟它只有128KB的二级缓存,其价格只有700元左右。
赛扬似乎一直以来都是超频能力出众的代名词,无论是最早的300A还是铜矿内核的533A、566或者800、850以及Tualatin256,都具有良好的超频能力。使用赛扬的用户多数会对它进行超频,以最大限度的发挥其性价比。但是,这次的赛扬似乎会让这些用户失望了。由于采用了0.18微米工艺的Willamette内核,这款赛扬处理器的超频能力跟采用相同内核的奔腾4处理器几乎没有什么区别。减少的128K二级缓存使得其超频能力略有提升,然而还是很难达到533MHz的标准外频频率。据笔者所知,仅有寥寥几个网站报道过他们把这款赛杨超到了533MHz外频,但是在这之上同样很难再有发挥的余地。还好,Intel宣布了这将是一款过渡产品,0.13微米Northwood核心的赛扬处理器正在准备的过程中,今年之内就渴望能与广大用户见面。我们有理由相信这款即将发布的新核心赛扬将拥有非常强的超频能力,用以弥补旧核心的不足。同时,可能增大的缓存容量也必将对性能的提升产生不小的帮助,所以这款处理器还是十分值得期待的。
Intel Celeron 2.0GHZ
Intel Celeron I 只是OEM 的处理器。它在市场上没有零卖。它看起来和P4芯片极其相似。在CPU核心的表面就集成了散热片。以下是标称在Celeron表面的规格:
INTEL
CELERON
2GHZ/128/400/1.525V
SL6HY COSTA RICA
从这些技术规格,我们得知2GHz Celeron拥有128KB的二级缓存。默认的电压为1.525V 。
如今的电脑系统中存在着两种不同的内存类型。我们使用的最多是DIMM规格。它相对比较便宜,而且在电脑系统中可以方便的进行升级。更多的内存可以同时运行更多的程序。这对于图象视频,音频处理程序是个很不错的选择。
另外一种内存就非常昂贵,因为它通常集成在CPU内部,而且它不能够进行升级。这种内存就是我们常说的“缓存”。它能够比通常的内存更快的处理程序。虽然现在的电脑可以运行在十亿分之一秒,但是2级缓存的大小会使系统性能有很大的不同。通常而言,2级缓存越大,CPU处理的速度就相应的越快。因此,越快的CPU核心频率,越大的2级缓存,能够给系统带来越好的性能。
虽然都是Socket 478架构, Celeron 和 Northwood 之间有什么不同呢?Celeron的2级缓存只有Northwood的四分之一。这是它们之间最大的区别。不知你是否记得Intel最早推出Willamette核心的P4芯片,由于Willamette只有256KB的2级缓存,所以在市场上没有受到很大的好评。Northwood就是在Willamette的基础上把2级缓存增加到256KB,并且芯片的尺寸比Willamette更加小。但是现在Celeron的2级缓存只有Willamette的一半,因此它的性能受到人们的质疑。
Celeron芯片的尺寸和Northwood一样。但是为什么1.7GHZ 和1.8GHz的Celeron只使用0.18微米的制造工艺,而最新的2GHz却使用0.13微米的工艺。通常而言,CPU的尺寸越小,所耗费的功率越小。因此核心电压就越低,所以2GHz的Celeron为超频提供了良好的性能。
从处理器顶盖上的文字我们可以清楚地看到,这块Willamette核心的奔腾4CPU技术参数如下:
2.0GHz/256/400/1.75V
SL5UH MALAY
上述信息表明这是一颗主频为2GHz,编号SL5UH并产自马来西亚的奔腾4处理器,拥有256KB的二级缓存,1.75v的工作电压(这是区别Willamette与Northwood的最直观方法,Northwood拥有512KB的二级缓存和1.5v的工作电压)以及400MHz的前端总线频率。由于这些信息是刻在金属顶盖上的,因此对造假来说产生了一定的困难,到目前为止还没有发现通过硬性手段打磨欺骗买家的现象。因此,在购买的时候我们只要认清这些技术参数,就可以很轻松的选择自己需要的产品。
直观的看上去,Northwood奔腾4在外观上与Willamette简直是如出一辙,同样的大小,封装形式,接口形式,不仔细看还真分不出区别。但是,通过观察金属顶盖上的刻字,我们还是可以找出二者的差别。
Northwood顶盖上显示的内容如下:
2.2GHz/512/400/1.5v
SL5YS MALAY
根据识别Willamette的经验,我们知道这是一颗主频为2.2GHz,编号SL5YS并产自马来西亚的奔腾4处理器,拥有512KB的二级缓存,1.5v的工作电压以及400MHz的总线频率。在购买的时候一定要仔细辨别这些信息,因为不法商贩很有可能会用同样封装形式的Willamette奔腾4来冒充Northwood,或者用低主频的产品来冒充高主频的产品。在2GHz的频率以下,Willamette与Northwood有重复频率的现象出现,即1.6GHz、1.8GHz和2.0GHz三种频率的产品,这就为JS的偷梁换柱提供了可乘之机。买家一定要认明Northwood拥有512KB二级缓存,工作电压为1.5v。
在3.06GHz和以上的产品中,Intel为奔腾4加入了Hyper Threading(超线程)技术。为了区分拥有和不具备这一技术的产品,Intel对奔腾4的logo作了小小的调整,加入了超线程的标志,如图所示:
根据logo可以辨别盒装奔腾4处理器是否具备超线程技术,而通过支持此功能主板BIOS中的选项则可以直接测定任何盒装、散装处理器的超线程技术。虽然目前市面上还没有散装的3.06GHz产品,但是相信在今后一段日子里,拥有超线程技术的奔腾4处理器将会变得流行起来。
从外观上看,这款赛扬处理器与奔腾4处理器十分的相似,并且也是采用Socket478的接口形式,与支援奔腾4的芯片组完全兼容。但是仔细观察金属顶盖上的刻字,我们可以发现这是一颗赛扬处理器,主频为2GHz,拥有128KB的二级缓存和100MHz(等效于400MHz)的总线频率以及1.525v的工作电压,其产地为马来西亚。
现阶段市场上的P4赛扬处理器分为两种不同的类型,即基于Willamette内核的产品和基于Northwood内核的产品。Intel为了在性能上严格区分与奔腾4的差别,在改进了赛扬的制成、全面过渡到0.13微米工艺的同时并没有用增加二级缓存容量的方法来提高赛扬的性能,而仅仅是将其主频速度由Willamette时代的1.7GHz、1.8GHz两款产品提升到了2GHz以上。在参数辨认上,两款产品最直观的区别就是工作电压的不同。Willamette赛扬使用的是1.75v,而Northwood赛扬则使用1.525v。因此,上图所示为一块2GHz、Northwood核心的赛扬处理器。
软件测试辨认:
WCPUID显示的CPU信息
WCPUID是一款专门测试CPU信息的小软件,其大小只有100多KB,适用于任何操作系统,非常便于储存在软盘中携带,用以随时随地测试CPU的参数信息。下图即为WCPUID显示的Willamette内核奔腾4CPU的技术参数:
我们可以看到,Northwood的二级缓存容量已经由256KB提升到了512KB,这是最明显也是最直观的区分方法。此外,Northwood在平台方面全部是Socket478的接口形式。
随身携带这样一款小巧实用的软件,在购买CPU的时候就能够轻松辨认,避免上当受骗。
较新版本的WCPUID已经能够正确识别出赛扬处理器,除了名称上显示Intel Celeron之外,二级缓存部分也由奔腾4的256KB或512KB缩减到了128KB。
Intel Processor Frequency ID Utility显示的CPU信息
这是Intel自己开发的一款专门测试自家CPU的小软件,其大小在1MB左右,同样可以装在软盘中携带。这款软件主要的功能除了测试CPU的种类、频率和前端总线频率外,最重要的一点就是能够测试出该CPU是否处在超频的工作状态。这一点,是WCPUID所无能为力的(最新版本的WCPUID已经加入了原CPU运行频率测试信息,但是旧的版本并不包括),也是令无数不法商贩的伎俩无所遁形的利器。
可以看到,左边的奔腾4图标表明了CPU的种类,右边的频率显示了被测CPU的当前运行频率和系统总线频率信息。这一软件最大的用途就是可以检验出被测CPU是否处于超频运行的状态,这点是WCPUID所无能为力的。上面的频率报告代表当前的运行频率,而下面的则代表预期的频率,实际上也就是这块CPU的原始频率。如果是超频运行,哪怕只是一点点,那么在频率旁边就会出现一个黄色的惊叹号,同时标明“超频”来表示。在当前系统的下面还将列出这块CPU的预期频率和系统总线频率,这样就使不法商贩的任何小动作都无处遁形。可以说,这款软件是Intel处理器的试金石。通过这项测试,我们可以很容易的区分Willamette和Northwood奔腾4的处理器。在L2 Cache部分,Willamette显示的是256KB,而如果是Northwood,则会显示512KB。再次强调,这是区分这两种处理器最直观也是最简单的方法。
CPU突破3GHz
性能的追求促成了当前个人电脑市场的高速发展。对于一般用户,对计算机性能最直接的反应便是处理器的频率。根据摩尔定律指出,半导体芯片中所能容纳的最大晶体管数大约每隔一年就会翻一倍,每隔18个月,CPU的速度(频率)就会翻一倍。只是在短短的几年时间里,已经从286时代发展到现在的P4时代,这也都证实了这一定律是对的。
这一切都少不了AMD的功劳,因为有她的加入才使得处理器的竞争是愈来越激烈。而要从这性能大战中获胜,除了采用新的体系结构,提升处理器工作频率是个直接有效的手段。1GHz和2GHz这两个频率界限被陆续打破,而Intel在11月4日所发布的3.06GHz P4处理器,意味着3GHz这一曾经的频率巅峰也已经被征服了。
Intel的P4 3.06GHz仍然采用0.13微米铜互连工艺生产,拥有12KB一级指令缓存和8KB一级数据缓存,512KB的二级缓存,它具备增强的浮点/多媒体单元、SSE指令、SSE2指令、高级传输高速缓存、指令跟踪高速缓存、动态乱序执行、快速执行引擎,并采用了533MHz的前端总线,这些和之前的P4是相同的。不同的是,她拥有了超线程技术(Hyper Threading),这使得她的性能有了很大的提升。超线程技术,简单的说,就是在有主板BIOS的操作系统的支持下,一个物理处理器可以作为两个逻辑处理器来使用,并且它在系统中的

文章作者:未知  更新日期:2006-02-06
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