1.3.8 中央处理器
中央处理器(CPU)是计算机系统中最重要的部件之一,是计算机技术的核心。如果把计算机比作人,那么CPU就是人的大脑,其主要功能是对系统操作指令进行算术和逻辑运算。CPU的内部结构大致可以分为控制单元、算术逻辑单元和存储单元等若干功能模块。按照处理信息的字长可以分为8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器及64位微处理器等。
CPU的发展非常迅速,从1978年Intel的真正意义上的16位8086 CPU发展到2006年年底推出的64位酷睿双核2代(代号为Merom)移动CPU,只用了不到三十年的时间。其间CPU的性能、制造工艺发生了翻天覆地的变化。随着CPU的不断更新换代,其总体是朝着集成化程度越来越高、标称工作电压越来越低、工作频率越来越高及数据处理能力越来越强等方向发展的。
Intel凭借其强大的研发能力,在PC业界的处理器及芯片组产业上成为名副其实的巨头,当前能与之一争高低的只有AMD公司。而全美达(Transmeta)则避开了其在处理器性能技术上的不足,在功耗上下功夫,于2004年年初推出了功耗极低的Efficeon系列处理器,使得其在移动处理器领域也能占有一席之地。Intel为了应对AMD 64位双核CPU技术的挑战,开发了属于自己的双核CPU,而不是之前的一味追求高CPU工作频率的做法。个人电脑市场CPU产业竞争有愈演愈烈之势,这也是广大电脑爱好者所乐见的,因为可以体验到更多、更好、更新的IT产品。
早期的笔记本电脑和台式计算机采用相同制程的CPU,但随着CPU主频和集成度的提高,普通台式计算机CPU的较高发热量已不再适合在笔记本电脑主机较小的散热空间内使用。此外,依赖于电池供电的笔记本电脑如果采用高功率消耗的台式计算机CPU,会使电池的续航时间变得很短。所以,开始出现专门为笔记本电脑设计的移动(Mobile)CPU,它除了追求卓越的性能以外,还要求具有低发热量和低功耗的特点,制造工艺往往比同时代的台式计算机CPU更加先进,并能集成台式计算机CPU中不具备的电源管理模块。当然,移动CPU价格通常也较台式计算机高很多。
下面介绍处理器产品的一些主要规格参数。
CPU主频
主频也叫时钟频率,单位是MHz,主要用于表示CPU的运算速度。CPU的主频由外频和倍频系数确定,两者的乘积就是主频。CPU的主频与外频之间存在着一个比值关系,这个比值就是倍频系数,简称倍频。倍频可以在1.5~23的范围之间,甚至更高,以0.5为一个间隔单位。外频和倍频中的任何一项提高,都可以使CPU的主频上升。由于CPU的主频并不直接代表运算速度,所以在特定的情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此,主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的全部性能。
FSB频率
前端总线(Front Side Bus,FSB)频率即是CPU的外部时钟频率,它是CPU和北桥芯片之间的数据总线传输时钟频率。前端总线频率越高,意味着单位时间内传输的数据量越大。目前常见的笔记本电脑CPU的前端总线频率范围是400~1066MHz。
内部缓存
封闭在CPU芯片内部的高速缓存用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据,存取速度与CPU主频一致。高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,一般L1缓存的容量为32~256KB。L1缓存越大,CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数就越少,相应的CPU的运算速度可以提高。
外部缓存
CPU二级高速缓存分为内部和外部两种模块。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同,而外部的二级缓存运行速度则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能,原则上是越大越好,目前笔记本电脑中Intel CPU的L2缓存容量一般为1~4MB。同类型AMD的CPU L2缓存容量则相对较小。
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。当前32位地址总线的CPU理论上可以访问4GB的存储空间,同时具备64位数据位宽的传输能力。
封装形式
传统意义上的封装形式对于芯片仅仅是一个外壳,是机械结构性的保护。现阶段的芯片封装除了结构特性外,还包含了散热机制,并成为电性能上芯片与主板连接的平台。CPU封装的意义在于最大限度地发挥它的最佳性能和提供一个与主板的连接平台,是实现笔记本电脑专用CPU体积小、散热快、功耗低等各项特性的保证。一般而言,移动处理器采用的封装形式取决于各个时代CPU的工艺技术和成本等因素。封装技术对于笔记本电脑CPU而言,是一种很重要的技术体现。
如图1-30所示是典型的笔记本电脑CPU外观视图。
![](https://book.img.zhangyue01.com/group61/M00/72/29/CmQUOF-XyEuEeFngAAAAAD86LMM158545261.jpg?v=jQLloSB4&t=CmQUOF-XyEs.)
图1-30 典型笔记本电脑CPU外观视图
小知识 迅弛技术
提到移动CPU,就不能不提到Intel的迅驰技术。迅驰技术是Intel于2003年3月12日,面向笔记本电脑推出的无线移动计算技术的品牌名称。迅驰(Centrino)是中心(Centre)与中微子(Neutrino)两个单词的缩写。迅驰移动计算技术是Intel最出色的笔记本电脑技术之一,它不仅包含一枚处理器,同时还具备集成的无线局域网能力和卓越的移动计算性能,并在便于携带的轻、薄笔记本电脑中提供了耐久的电池续航时间。迅驰平台通常由三部分组成,即移动式CPU、相应的芯片组(Chipset)和基于802.11×标准的无线网络功能模块。
如图1-31所示为Intel经典迅驰平台(Centrino)的图标。
![](https://book.img.zhangyue01.com/group61/M00/28/75/CmRaIV-XyEuEZyZuAAAAAITmj4U209133690.jpg?v=IDS0-fry&t=CmRaIV-XyEs.)
图1-31 Intel经典迅驰平台图标
下面,针对不同时期的Intel迅驰处理器及其对应的搭配芯片组、部件稍做说明。
Banias核心处理器
2003年3月—2004年5月
Banias核心奔腾M 处理器、Intel 855系列移动芯片组、Intel Pro/Wireless 2100无线模块三位一体,Intel最早的迅驰移动平台从此诞生了。
作为迅驰一代平台的核心,Banias 处理器给我们展示了强大的数据处理能力,不过0.13 μ m 的制造工艺却并不先进,这也导致了处理器发热量并不理想,同时也限制了主频的提高(最高只能到1.7GHz)。
DothanⅠ核心处理器(400MHz)
2004年5月—2005年1月
随着DothanⅠ处理器的发布,许多人把原先的BaniasⅠ处理器和新推出的DothanⅠ进行对比,DothanⅠ是Intel首款采用Strained Silicon技术的移动芯片。
DothanⅠ可以看作是 Banias 的升级版,它采用了更高的 0.09 μ m 的工艺制程,可以在更低的能耗标准下实现更高的频率,配合更大的缓存(DothanⅠ内核Pentium M 可以内建 2MB 缓存),依旧采用和 Banias 相同的 400MHz 前端总线,这是一款过渡产品。
DothanⅡ核心处理器(533MHz)
2005年1月—2006年1月
新DothanⅡ处理器随着迅驰新技术的发布正式出现在人们面前,相对于400MHz前端总线的DothanⅡ,它并没有实质性的改变,只是为了搭配高性能的Intel 915系列移动芯片组,将前端总线频率提高到了533MHz。
新DothanⅡ核心处理器、915芯片组及Intel Pro/Wireless 2915ABG或者2200BG无线模块组合的迅驰新平台,比早期产品提高了性能,但温度和能耗也增加了不少,不过仍然在Intel的控制中。
Yonah核心处理器
2006年1月—2006年7月
Yonah核心处理器、移动式Intel 945 GM/PM芯片组和Intel Pro/Wireless 3945ABG无线模块形成的迅驰酷睿,是革命性的平台。
Yonah核心处理器采用流行的Dual Core解决方案来显著提升性能。值得注意的是,Yonah还是Intel CPU家族首个采用共享L2 Cache架构的双核处理器,同时新的处理器还采用了最高667MHz的前端总线。
Merom核心处理器
2006年7月—2008年5月
Merom核心处理器又称为酷睿2代CPU,它具有更强的多任务处理能力,能出色应对如今的移动多任务处理。处理器采用当时最为先进的65nm制程技术。
与此对应的965系列高速芯片组通过高带宽接口提供了出色的系统性能,包括双通道 DDR2 内存、800/533 MHz 系统总线、PCI Express*x16 图形端口和 PCI Express x1 I/O 端口、串行 ATA 和高速USB 2.0 连接。
Penryn核心处理器
2008年5月—2009年
目前最新的Penryn处理器具有更强的多任务处理能力、更低的能耗。靠技术提高工作效率,英特尔酷睿2双核处理器可以实现高级智能高速缓存。此外,1066MHz 前端总线、HD Boost 技术执行最新应用时获得了出色的移动性能。芯片还采用了45nm的领先制程技术。
其对应的PM45 高速芯片组通过高带宽接口提供了出色的系统性能,包括双通道 DDR3 内存支持、1066MHz系统总线、PCI Express*x16 图形端口和 PCI Express x1 I/O 端口、串行 ATA 和高速 USB 2.0 连接。
近两三年来,Intel已经逐步淡化甚至不再提所谓迅驰平台的概念了。从2009年起,号称第一代酷睿I3/I5/I7 CPU出现在人们的视角,它对应的是Intel HM55/56的5系列芯片组平台。I系列CPU最大的特点就是其内部整合了内存、部分显卡视频控制器,它与传统南桥芯片一道瓜分了原有北桥芯片的全部功能,南桥芯片也改称为PCH(Platform Control Hub),即平台控制枢纽,北桥芯片则被彻底取消。
在其后的大概每一年,Intel都会推出新的酷睿处理器及平台,它们分别为第二代酷睿处理器、第三代酷睿处理器,对应的芯片组则分别为6系列、7系列,第四代酷睿(匹配8系列芯片组)的处理器也将很快面世。
新的酷睿平台具备高清晰度视频技术、整合核心显卡、Insider、InTru™ 3D 技术及快速同步视频、无线显示技术、超线程(HT)等诸多业界最先进的数据处理技术和工艺制程。