CPU与内存 中微子 2001年 12期 #1 CPU 　　 CPU（Central Processing Unit）是中央处理器的简称，它是整个电脑最核心的部分，绝大部分运算工作都由CPU负担，所有电脑配件都听它调度指挥。从一定程度上说，CPU优劣，决定了整台电脑的性能好坏。 　　 CPU的频率，就是指CPU的工作速度。同一类型的CPU中，频率越高，CPU工作的速度就越快，性能也就越强。CPU的频率也叫主频，是由系统总线的频率（外频）乘以一定的倍数（倍频）得到的。由此可以看出CPU的速度远高于电脑内其他设备的速度，大部分时间CPU都在等待其他设备传输数据。所以在CPU主频相同或相近的系统中，外频高的系统整体速度要快上不少。 　　#2 综述 　　 目前市面上比较流行的CPU是Intel的PentiumⅢ、赛扬Ⅱ和AMD的雷鸟、Duron。 　　 Intel的PentiumⅢ系列是由PentiumⅡ改进而来，加入了SSE指令集（也就是所谓的MMX 2指令集），采用了32KB一级缓存和256KB全速二级缓存，100MHz或133MHz的系统总线，针对中、高端市场推出，总体性能较高；而赛扬Ⅱ则是针对低端市场推出的PentiumⅢ的简化版本，与PentiumⅢ相比，一是CPU内部的缓存减少到了128K，二是系统总线被限制到66MHz，在其他条件相同的情况下，使用赛扬Ⅱ的系统比使用PentiumⅢ的系统慢上一些，以免便宜的赛扬和“高贵”的PentiumⅢ自家人打自家人。在PentiumⅢ之上还有最新的Pentium 4，这款采用Willamette核心、1.5GHz主频、400MHz系统前端、使用全新SSE 2指令集的CPU，终于帮Intel抢回了CPU市场老大的地位。不过因为需要采用Socket 423插座的i850主板加上RDRAM（Rambus DRAM）的支持，使一套Pentium 4系统的价格非常昂贵。 　　 就像Intel用PentiumⅢ和赛扬Ⅱ来分别占领高、低端市场一样，AMD也把自己的CPU分成了雷鸟和Duron两个系列，而且通过加大缓存、提高前端总线频率等办法“讨好”用户，抢占市场份额。雷鸟是AMD第一款在高端市场上和Intel抢地盘的利器，尤其是在1GHz CPU的速度争夺战上第一款超过了Intel，给AMD大大的争了一口气，由此可见雷鸟的性能确实够强。Duron作为雷鸟的简化版，除了二级缓存由256KB减少到了64KB以外，几乎没有其他限制。超起频来非常方便，价格也比较便宜，在低端市场上和赛扬Ⅱ打得难解难分。 　　 总的来说，Intel的CPU兼容性较好，但性价比（性能/价格比）稍低（不过因为超频潜力较大，超频后的性价比就……）；而AMD的CPU性价比较高，兼容性却又不及Intel。 　　#2 构架 　　 看到这图1（^12030501a^）和图2（^12030501b^）了吗？它们分别是Intel和AMD的CPU的正反面。CPU的本体，实际上就是一块集成了数以百万甚至千万计晶体管的硅片（不要搞错了喔，只有中间那一小块才是芯片）。背面的针脚，是它和主板之间进行数据交换的桥梁。为了保证良好的接触，上面还镀了一层只有0.5微米（um）或更薄的黄金。 　　 注意到Intel的CPU左下角那个金色的小三角了吗？那个三角形是用来定位用的。安装CPU时，把它对准CPU插座上的缺角，就可以放心地插下去了。 　　 Intel公司在386时开始对CPU使用方形PGA封装，也就是沿用至今的插脚形式。在奔腾二代时转成全新的SECC（单边接触盒/处理器封装）封装配合242引线的Slot 1插槽，很快就升级到330线Slot 2插槽来配合至强（Xeon）系列CPU，随后又杀了个回马枪，推出Socket 370来抢占低端市场；AMD先把Socket 7改造成Super 7来配合K6，然后又搞出了一个Slot A对抗Slot 1（Slot2），最后同样推出Socket A和Socket 370唱对台戏。 　　 因为不同的CPU的接口也不同（图3）（^12030501c^），所以需要有相应接口的主板支持。现在PentiumⅢ的CPU使用Slot1和Socket370接口的都有，而赛扬则清一色地使用Socket370接口；AMD的CPU则用SlotA或SokectA接口，选择CPU时一定不要忘记选择相应的主板。 　　 还有一点要注意的就是Intel的PentiumⅢ在频率后面跟有E字样的是使用0.18微米技术制造的（工作时耗电更少，发热更小），跟有B字样的是采用133MHz的系统总线的（系统总体性能当然比使用100MHz的更高），这两个后缀两两组合，构成了Intel PentiumⅢ系列的四大家族成员。 　　#2 编号 　　 从图1中，我们可以看到标在芯片下方黑色背景上的编号。第一排800/128/100/1.7V，依次表示了这块CPU的主频是800MHz，二级缓存128KB，外频为100MHz，工作电压为1.7V，下排前面那一串数字是这块CPU的序列号，代表产地和生产时间，后面的SL47F是生产批号，因为同一批的CPU性能相近，所以常常能听见说某一批号的CPU超频能力强，就是指的这个。 　　 PentiumⅢ和赛扬Ⅱ编号的方式是相同的，这里就不用重复了。 　　 和Intel不同，AMD是直接把编号用激光刻在芯片上（图2）。图中第一排的编号和Intel差不多，也是标志着CPU最重要的参数。D650AST1B的D，代表着这块芯片是Duron（如果是A的话当然就是雷鸟了），650一眼就能看出是主频，A代表这块Duron是使用PGA封装的（如果是用卡式封装的就是M了），S代表工作电压是1.5V（U、P、N则依次为1.6V、1.7V、1.8V），T代表能在90℃度下正常工作，也就是说相当能超频（这一位是Q/X/R/Y的就只能在60/65/70/75℃下工作），1代表它的二级缓存只有64KB（Duron嘛，有128KB的雷鸟才是2），最后的B是指它支持200MHz的前端总线，这一点倒和雷鸟一模一样。 　　#1 内存 　　 计算机内的存储器按其用途可分为主存储器（Main Memory，简称主存）和辅助存储器（Auxiliary Memory，简称辅存），主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。 　　 内存的实质上是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路。内存按存储信息的功能可分为只读存储器（Read Only Memory）、可改写的只读存储器EPROM（Erasable Programmable ROM）和随机存储器RAM（Random Access Memory）。我们平常所说的内存是指RAM。其主要作用是存放各种输入、输出数据和中间计算结果，以及与外部存储器交换信息时作缓冲用。由于CPU只能直接处理内存中的数据，所以内存的速度和大小对计算机性能的影响是相当大的。 　　 图4是现在普通PC机上广泛使用的一根168线SDRAM内存条。主要分成PCB印刷电路板、内存颗粒、SPD芯片和引脚几个部分。 　　#2 PCB印刷电路板 　　 PCB印刷电路板是构成内存条的基础，长条形的外观也是内存被称作内存“条”的直接原因。作为连接内存颗粒的物质载体，PCB板的质量直接影响到内存的稳定性。 　　#2 内存颗粒 　　 内存颗粒是内存条的核心。现在世面上流行的大容量内存条，普遍是每一面有8颗内存颗粒，和内存条的长方向垂直，直接焊接在PCB板上。内存条是单面还是双面，决定了一根内存条上的内存颗粒总数是8颗还是16颗。有的内存条上一面就有9颗内存颗粒，多出来的一颗是用来做ECC奇偶校验的，这样的内存条也就叫ECC内存条。 　　 与CPU相同，内存颗粒上都印刷有生产厂家、编号等信息。从编号中，可以看出内存颗粒的容量、数据宽度、工作速度、工作电压等重要参数。用容量乘以内存颗粒的数量，就可以得到整根内存条容量的大小。内存的数据宽度，决定了内存条配合CPU工作的方式。如586时代常用的72线EDO内存条，因为数据宽度只有CPU的一半，所以必须两条一组地成对使用，而现在的168线SDRAM，其数据宽度和CPU相同，所以只插一根就可以正常使用了。 　　 内存颗粒的速度和电压，直接决定了内存条的工作电压和速度。早期EDO内存的工作电压是5V，而现在SDRAM的工作电压都降低到了3.3V，减小了功耗，也就减少了发热，工作起来就更加稳定。内存的速度也就是内存的存取时间，它是内存的另一个重要指标，其单位以纳秒（ns）度量。早期的EDO内存通常是60ns或70ns，相应在内存颗粒上标为-60、-70等字样，现在的SDRAM的存取时间都在10ns以下，通常在内存颗粒上编号的最后几位标明。能稳定工作在100MHz下的内存被称为PC100内存，其余的依次类推，这就是通常所说的PC100内存、PC133内存的来历。 　　#2 SPD芯片 　　 图4（^12030501d^）中右上角的那颗小小的芯片就是SPD芯片。里面记录了内存工作的最基本的参数，主板启动对内存进行检查时可以根据其中的信息调整内存的读写等待时间等工作状态。SPD芯片通常在PC100或更高速度的内存上才能看到。 　　#2 引脚 　　 内存条下面的引脚是内存和外部进行数据传输的接口。内存和插槽两者之间的接触是否良好，对内存能否稳定工作起着很大的作用，所以较新的内存条通常使用了和显卡相同的“金手指”技术来保证两者之间良好的接触。 　　 引脚的数目也就是我们通常所说的内存的“线”数。引脚的数目是由内存的接口决定的。内存的常用接口有SIMM和DIMM两种。SIMM是Single-In Line Memory Medule的缩写，即单边接触内存模组，是586及其较早的PC机中常用的内存的接口方式。在586时代，PC的内存大多采用72针的SIMM接口，或者是与DIMM接口类型并存。DIMM是Dual In-Line Memory Module的简写，即双边接触内存模组。这种类型接口的内存条的两边都有引脚，通常为84针，所以一共有84×2=168线接触，故而我们把这种内存称为168线内存，而把72线的SIMM类型内存模组直接称为72线内存。 　　 在实际使用中，内存的速度必须不小于系统总线也就是CPU的外频的速度，否则轻则电脑工作不稳定，频繁死机，重则根本无法启动；二是容量要尽可能的大。一旦内存数量太少，Windows就会使用速度比内存还要慢上一个数量级的硬盘做虚拟内存，将会使系统的整体速度大大降低，所以内存一般都应该配置128MB。 　　 正是由于内存的速度相对于CPU来说太慢，所以内存厂商都在努力推出速度更快的新产品。目前最被看好的是RD RAM和DDR RAM。前者速度很快，且得到了Intel的大力支持（配合Pentium 4的i850芯片组就支持RDRAM），但价格太高；后者相对便宜，性能比RDRAM稍差，但潜力不小，将来谁能占领内存市场还很难断言。不过，相信激烈的竞争会给我们消费者带来更大的利益。