计算机处理器特性

以下是处理器的重要特性：

处理器的首要定义特性是其品牌（AMD 或 Intel）及其型号。尽管两家公司的竞争型号具有相似的特性和性能，但你不能将 AMD 处理器安装在兼容 Intel 的主板上，反之亦然。

处理器的另一个定义特性是其设计的适配插孔。例如，如果你要更换 Socket 478 主板上的处理器，则必须选择专门适配该插孔的处理器。表 5-1 介绍了不同处理器插孔的可升级性问题。

表 5-1：按处理器插孔类型划分的可升级性

处理器的时钟频率（以兆赫兹 MHz 或吉赫兹 GHz 为单位）决定了其性能，但时钟频率在不同处理器系列之间没有可比性。例如，3.2 GHz 的 Prescott 核心 Pentium 4 比 3.0 GHz 的 Prescott 核心 Pentium 4 快约 6.7%，这符合相对时钟频率的预期。然而，3.0 GHz 的 Celeron 处理器比 2.8 GHz 的 Pentium 4 慢，这主要是因为 Celeron 具有更小的二级（L2）缓存且使用更慢的主机总线速度。同样，当 1.3 GHz 的 Pentium 4 推出时，其性能实际上低于它所要取代的 1 GHz Pentium III 处理器。这是因为与早期的 Pentium III 架构相比，Pentium 4 架构在相同时钟频率下的效率较低。

时钟频率对于比较 AMD 和 Intel 处理器毫无意义。AMD 处理器的时钟频率远低于 Intel 处理器，但每个时钟周期完成的工作量多出约 50%。广义上讲，运行在 2.0 GHz 的 AMD Athlon 64 与运行在 3.0 GHz 的 Intel Pentium 4 具有大致相同的整体性能。

'''型号数值与时钟频率的对比'''

由于 AMD 在时钟频率上始终处于劣势，因此 AMD 使用型号数值而非时钟频率来标示其处理器。例如，运行在 2.0 GHz 的 AMD Athlon 64 处理器可能具有 3000+ 的型号数值，这表明该处理器的性能大致相当于 3.0 GHz 的 Intel 型号。（AMD 强烈否认其型号数值是为了与 Intel 的时钟频率进行比较，但知情观察者会忽略这些否认。）

Intel 过去曾使用字母后缀来区分运行速度相同但主机总线速度、核心或其他特性不同的处理器。例如，2.8 GHz 的 Northwood 核心 Pentium 4 处理器有三个版本：Pentium 4/2.8 使用 400 MHz FSB，Pentium 4/2.8B 使用 533 MHz FSB，而 Pentium 4/2.8C 使用 800 MHz FSB。当 Intel 推出基于其新 Prescott 核心的 2.8 GHz Pentium 4 时，将其命名为 Pentium 4/2.8E。

有趣的是，Intel 也放弃了使用时钟频率作为命名方式。除了少数旧型号外，所有 Intel 处理器现在也都按型号数值进行标示。与 AMD 不同，AMD 的型号数值保留了时钟频率的痕迹，而 Intel 的型号数值与时钟频率已完全脱钩。例如，Pentium 4 540 指代特定的处理器型号，其运行频率恰好为 3.2 GHz。该系列处理器中运行在 3.4、3.6 和 3.8 GHz 的型号分别被标示为 550、560 和 570。

主机总线速度（host-bus speed），也称为 前端总线速度 (FSB speed) 或简称 FSB，指定了处理器与芯片组之间的数据传输速率。即使对于运行在相同频率下的处理器，更快的主机总线速度也有助于提高处理器的性能。AMD 和 Intel 实现内存与缓存间路径的方式有所不同，但本质上 FSB 是一个反映每秒最大可能数据块传输量的数字。若实际主机总线时钟速率为 100 MHz，且每个时钟周期可传输四次数据（即“四倍数据率”），则有效 FSB 速度为 400 MHz。

例如，Intel 生产的 Pentium 4 处理器使用的主机总线速度有 400、533、800 或 1066 MHz。主机总线速度为 800 MHz 的 2.8 GHz Pentium 4 略快于主机总线速度为 533 MHz 的 Pentium 4/2.8，后者又略快于主机总线速度为 400 MHz 的 Pentium 4/2.8。Intel 用来区分其低价 Celeron 处理器的一项指标是相对于当前 Pentium 4 型号降低了主机总线速度。Celeron 型号使用 400 MHz 和 533 MHz 的主机总线速度。

所有 Socket 754 和 Socket 939 的 AMD 处理器均使用 800 MHz 的主机总线速度。（实际上，与 Intel 一样，AMD 的主机总线运行在 200 MHz，但通过四倍传输实现 800 MHz 的有效速度。）Socket A 的 Sempron 处理器使用 166 MHz 的主机总线，通过双倍传输实现 333 MHz 的有效主机总线速度。

处理器使用两种类型的缓存内存来缓冲处理器与较慢的主存之间的传输，从而提高性能。一级缓存 (L1 cache) 的大小是处理器架构的一个特性，在不重新设计处理器的情况下无法更改。然而，二级缓存 (Level 2 cache 或 L2 cache) 位于处理器核心之外，这意味着处理器制造商可以生产出具有不同 L2 缓存大小的相同处理器。例如，多种型号的 Pentium 4 处理器提供 512 KB、1 MB 或 2 MB 的 L2 缓存，而各种 AMD Sempron 型号提供 128 KB、256 KB 或 512 KB 的 L2 缓存。

对于某些应用程序（特别是那些处理小数据集的程序），更大的 L2 缓存能显著提高处理器性能，尤其是在 Intel 型号上。（AMD 处理器内置了内存控制器，在一定程度上掩盖了更大 L2 缓存带来的好处。）对于处理大数据集的应用程序，更大的 L2 缓存仅能提供微小的收益。

'''令人沮丧的例外：Prescott'''

当 Intel 将其 Pentium 4 处理器从旧的 130 nm Northwood 核心迁移到新的 90 nm Prescott 核心时，发现功耗和发热量激增，这让所有人（尤其是 Intel 自己）大为震惊。这是因为 Prescott 并非 Northwood 的简单晶圆微缩版。相反，Intel 完全重新设计了 Northwood 核心，添加了 SSE3 等特性，并对基础架构进行了巨大变动。（当时，我们认为这些变动足以称该核心处理器为 Pentium 5，但 Intel 并未这样做。）不幸的是，架构上的剧烈变化导致功耗和发热量也出现剧烈增加，压过了从工艺尺寸减小中所预期的收益。

工艺尺寸（Process size），也称为 晶圆加工尺寸 (fab size)，以纳米 (nm) 为单位指定，定义了处理器晶圆上最小单个元件的尺寸。AMD 和 Intel 不断尝试减小工艺尺寸（称为 晶圆微缩 或 die shrink），以便从每片硅晶圆上获得更多的处理器，从而降低每个处理器的生产成本。Pentium II 和早期的 Athlon 处理器使用 350 或 250 nm 工艺。Pentium III 和一些 Athlon 处理器使用 180 nm 工艺。近期的 AMD 和 Intel 处理器使用 130 或 90 nm 工艺，而未来的处理器将使用 65 nm 工艺。

工艺尺寸之所以重要，是因为在其他条件相同的情况下，使用更小工艺尺寸的处理器可以运行得更快、电压更低、功耗更低且发热更少。在任何特定时间段提供的处理器通常使用不同的加工尺寸。例如，Intel 曾同时销售使用 180、130 和 90 nm 工艺的 Pentium 4 处理器，而 AMD 也曾同时销售使用 250、180 和 130 nm 加工尺寸的 Athlon 处理器。当你选择升级处理器时，优先选择工艺尺寸更小的处理器。

不同的处理器型号支持不同的特性集，其中一些可能对你很重要，而另一些则无关紧要。以下是当前部分（但非全部）处理器所具备的五个可能重要的特性。所有这些特性均受到最新版本 Windows 和 Linux 的支持：

SSE3 (流式单指令多数据流扩展 3，Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3) 由 Intel 开发，现已在大多数 Intel 处理器和部分 AMD 处理器上提供。它是一套扩展指令集，旨在加快视频处理和其他多媒体应用中常见数据的处理速度。支持 SSE3 的应用程序在同样支持 SSE3 的处理器上运行，速度可比不支持的处理器快 10% 到 100%。

直到最近，个人电脑处理器全部运行在 32 位内部数据路径上。2004 年，AMD 推出了带有 Athlon 64 处理器的 64 位支持。AMD 正式称此特性为 x86-64，但大多数人称之为 AMD64。至关重要的是，AMD64 处理器向后兼容 32 位软件，并且运行该软件的效率与运行 64 位软件一样高。Intel 一直在倡导自己的 64 位架构（其 32 位兼容性有限），被迫推出了自己的 x86-64 版本，即 EM64T (扩展内存 64 位技术)。目前，64 位支持对大多数人来说并不重要。微软提供了 64 位版本的 Windows XP，且大多数 Linux 发行版都支持 64 位处理器，但在 64 位应用程序变得普及之前，在台式机上运行 64 位处理器的实际收益很小。当微软（终于）发布 Windows Vista 时，这种情况可能会改变，因为它将利用 64 位支持，并可能催生许多 64 位应用程序。

随着 Athlon 64 的发布，AMD 推出了 NX (禁止执行，No eXecute) 技术，Intel 随后也跟进了其 XDB (执行禁止位，eXecute Disable Bit) 技术。NX 和 XDB 的作用相同，允许处理器确定哪些内存地址范围是可执行的，哪些是不可执行的。如果代码（如缓冲区溢出漏洞）尝试在不可执行的内存空间运行，处理器会向操作系统返回错误。NX 和 XDB 在减少病毒、蠕虫、木马和类似攻击造成的损害方面具有巨大潜力，但需要操作系统支持受保护执行，例如安装了 Service Pack 2 的 Windows XP。

AMD 和 Intel 都在其部分处理器型号中提供了功耗降低技术。在这两种情况下，移动处理器中使用的技术已被迁移到功耗和发热量已成为问题的台式机处理器上。本质上，这些技术的工作原理是在处理器空闲或负载较轻时降低处理器速度（从而降低功耗和发热量）。Intel 将其功耗降低技术称为 EIST (增强型 Intel 节能技术，Enhanced Intel Speedstep Technology)。AMD 的版本称为 Cool'n'Quiet。两者都能在降低功耗、发热量和系统噪音水平方面产生微小但有益的效果。

到 2005 年，AMD 和 Intel 都在单处理器核心的基础上达到了实际可行性的极限。显而易见的解决方案是在一个处理器封装中放入两个处理器核心。AMD 再次凭借其优雅的 Athlon 64 X2 系列处理器引领潮流，该处理器在单个芯片上集成了两个紧密耦合的 Athlon 64 核心。Intel 被迫再次进行追赶，咬牙拼凑出了一个名为 Pentium D 的双核处理器。AMD 的工程解决方案有几个好处，包括高性能以及与几乎所有旧款 Socket 939 主板的兼容性。而 Intel 的拼凑方案基本上只是将两个 Pentium 4 核心粘贴在一个芯片上而没有进行整合，这导致了两个妥协。首先，Intel 的双核处理器不向后兼容旧款主板，因此需要新的芯片组和新系列主板。其次，由于 Intel 几乎只是简单地将两个现有核心胶合到一个处理器封装上，其功耗和发热量极高，这意味着 Intel 不得不相对于最快的单核 Pentium 4 型号降低 Pentium D 处理器的时钟频率。

尽管如此，Athlon 64 X2 绝不是无可争议的赢家，因为 Intel 足够聪明，将 Pentium D 的定价定得很有吸引力。最便宜的 Athlon X2 处理器的售价是最低端 Pentium D 处理器的两倍多。虽然价格无疑会下降，但我们预计价格差异不会有太大变化。Intel 拥有过剩的生产能力，而 AMD 制造处理器的能力相当有限，因此 AMD 双核处理器在可预见的未来很可能保持高价。不幸的是，这意味着对于大多数人来说，双核处理器并不是一个合理的升级选择。Intel 的双核处理器价格合理，但需要更换主板。AMD 的双核处理器可以使用现有的 Socket 939 主板，但处理器本身对于大多数升级者来说太昂贵，无法成为可行的方案。

'''超线程与双核的区别'''

部分 Intel 处理器支持 ''超线程技术 (HTT)''，该技术允许这些处理器同时执行两个程序线程。设计为使用 HTT 的程序在支持 HTT 的处理器上运行的速度可能比在类似的非 HTT 型号上快 10% 到 30%。（同样，有些程序在开启 HTT 时反而比禁用时运行得更慢。）不要将 HTT 与双核混淆。HTT 处理器有一个核心，有时可以运行多个线程；而双核处理器有两个核心，始终可以运行多个线程。

处理器核心定义了基本的处理器架构。以特定名称销售的处理器可能使用多种核心中的一种。例如，第一代 Intel Pentium 4 处理器使用了 Willamette 核心。后来的 Pentium 4 变体使用了 Northwood 核心、Prescott 核心、Gallatin 核心、Prestonia 核心 和 Prescott 2M 核心。同样，各种 Athlon 64 型号也使用了 Clawhammer 核心、Sledgehammer 核心、Newcastle 核心、Winchester 核心、Venice 核心、San Diego 核心、Manchester 核心 和 Toledo 核心。

使用核心名称是一种方便的简写方式，可以简要说明处理器的诸多特性。例如，Clawhammer 核心使用 130 nm 工艺、1,024 KB 的 L2 缓存，并支持 NX 和 X86-64 特性，但不支持 SSE3 或双核操作。相反，Manchester 核心使用 90 nm 工艺、512 KB 的 L2 缓存，并支持 SSE3、X86-64、NX 和双核特性。

你可以将处理器核心名称视为类似于软件程序的主版本号。正如软件公司经常在不更改主版本号的情况下发布小更新一样，AMD 和 Intel 也会经常在不更改核心名称的情况下对核心进行小幅更新。这些细微的变化被称为 核心步进 (core steppings)。理解核心名称的基本知识很重要，因为处理器所使用的核心可能决定了它与你的主板的向后兼容性。步进通常不太重要，但也值得关注。例如，某个特定核心可能有 B2 和 C0 两种步进。较晚的 C0 步进可能修复了漏洞、运行温度更低，或者相对于较早的步进提供了其他好处。如果你在双处理器主板上安装第二颗处理器，核心步进也至关重要。（即带有两个处理器插孔的主板，而不是单插孔主板上的双核处理器。）切记，永远不要在双处理器主板上混用核心或步进，那样做只会导致疯狂（或者仅仅是灾难）。

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