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发信人: trunks (你回去了), 信区: Hardware
标 题: Pentium4温控电路大揭密(一)
发信站: 荔园晨风BBS站 (Thu Feb 27 13:41:03 2003), 站内信件
随着处理器发热量的进一步提高，散热问题就成为了现代CPU工业的一个
重要问题。不仅AMD的CPU如此，Intel的CPU也不例外。要解决这一问题，当然
希望CPU散热器的温度能够越低越好，其中良好的散热设备是方法之一，不过
最理想自然是能够直接控制CPU的发热量。
目前CPU厂商们解决高频处理器发热量问题的主要方法是推荐使用更强劲的
散热设备。然而对于品牌机厂商而言，它们显然不会有什么特殊的散热方案，
因为它们的责任只是要保证系统在正常情况下能够稳定运行。在目前的散热条
件下，这还是比较容易满足的。但对于发热量激增的超频状态下，它们显然是
无能为力的。它们不会去担心更严峻的发热情况因为这并不是它们所要考虑的
问题。
因散热问题而导致超频不稳是十分常见的，但你会否为超频后CPU的性能不
升反降而感到奇怪呢。这种情况在Pentium4是当中是相当普遍的。造成这一现
象的原因是由于CPU的温度问题，具体地说是由于CPU内部的温度控制电路根据
CPU的温度状况对CPU性能作出调节。我们接下来要讨论的正是这个温控电路的
工作原理以及它对Pentium4性能的影响。
温度监控
Intel在它的Pentium4 CPU上使用了新的温控电路技术，其目的是要保障系
统稳定并保证CPU不会过热烧毁。每一颗Pentium4内部都有两个感温二极管，其
中一个的作用是向主板的硬件监控系统报告CPU的温度，而另一个温控二极管则
位于ALU单元的旁边，这也是核心温度最高的区域，它属于整个温控电路的一部分。
AMD的Athlon XP处理器也带有类似的感温二极管，但功能却有很大差异。
感温二极管向主板报告CPU的工作温度之后，主板上特殊的逻辑电路会在接收到
的温度报告超出临界值时自动关闭系统。这个过程当中，绝大部分没有引起警
报的数据会被丢弃。而Pentium4则是基于不同的机制：即使是CPU的温度达到报
警温度之后，在最终到达紧急关闭温度之前，CPU仍要保持系统稳定运行各种程
序且保证不再继续升温。
这个过程由Pentium4的温控电路来实现。当CPU内部的感温二极管的温度到
达额定值时，它就会发送命令开启温控系统以减低CPU发热量，防止温度继续上
升。它的工作原理是这样的：随着CPU温度的改变，感温二极管的电阻会发生变
化，因此流经它的电流也会随之而改变，将这个电流和预先设定的参考电流相
比较接可以得出CPU的温度是否超出了额定值。
关于温控电路的工作机制曾有过多种版本的解析，其中大部分的说法都是
不准确的。其中最具代表性的要数CPU会降低时钟频率的说法——也就当CPU过
热时，本来工作在2.2GHz的CPU会自动降频到1.8GHz。但当大家回想起CPU时钟
频率的产生方式之后，这种说法值得商榷。以2.8GHz的Pentium4为例：
假设主板发往CPU的外部频率是133MHz，这个频率乘以一个系数
（Pentium4 2.8GHz的系数是21）便得到CPU的2.8GHz的工作频率。这个频率决
定CPU ALU单元的工作频率。按照上面的说法，CPU的温度会对这个频率产生影
响，当CPU温度正常时，工作频率就是2800MHz，而当感温二极管温度超过额定
值，就会发送命令启动温控系统。温控系统会略去部分脉冲以起到降低频率从
而降低发热量的目的。这个过程可以用下图表示：
就是这样，部分原来属于2.8GHz的时钟沿被扣起，它们由CPU的倍频单元
产生，而被由PROCHOT#激发的时钟扣除系统所扣起。虽然主板同样是产生
2.8GHz的工作频率，但CPU ALU的实际运行频率降低，因此发热量也同样降低
了。Intel声称这样做可以使实际频率降低30－50％，实际情况要视乎CPU的型
号而定。
随着温度的下降，温控电路会慢慢地减少时钟扣除频率的个数而让CPU频
率恢复正常。只要CPU的温度恢复到比临界温度低，温控电路就会停止发出
PROCHOT#信号，这时候CPU工作在正常频率状态。
或许你会问：上面所说的温度临界值会是多少？这对于不同的Pentium4
CPU是不同的。Intel方面表示CPU内部的感温二极管会根据每一款CPU来特别设
计，一旦这个临界值被设定，以后就无法更改。
温控电路可以通过ACPI寄存器或主板BIOS实现软件激活。在被软件激活的
情况下，温控电路会时刻工作而不考虑CPU的温度状况。扣除脉冲的占空比可以
在12.5％-87.5%之间变化。值得一提的是，所有Pentium4 CPU的温控电路在默
认状态下都是关闭的，必须在启动时通过BIOS或系统中的相关驱动将他激活。
那么究竟这种温控技术会带来什么样的效果呢？最明显的莫过于在散热不
良的情况下会导致超频CPU的性能下降。例如我们将2.2GHz的Pentium4超频到
2.8GHz而不作出相应的散热改进，当CPU温度迅速到达临界值之后，CPU的温控
电路开始工作，这时候虽然我们在如WCPUID这样的软件中看到CPU的工作频率
仍然是2.8GHz，但实际的效能甚至可能低于原来的2.2GHz。
当然温控电路没有想象中那么强大，面对如风扇突然停止工作这类情况，
电路并不能保证CPU仍能正常工作。这时候第二个感温二极管可以发挥作用了。
如果CPU温度高于它的临界温度，它会发送THERMTRIP#信号直接关闭系统从而
避免CPU被烧毁。由于整个系统都内嵌于CPU，所以这个过程相当迅速，仅需要
几纳秒的时间。
根据Intel所称，CPU发送THERMTRIP#信号的温度是135摄氏度。
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你走了。我有很多话想跟你话，但是我一句都没有说。
因为你知道我会等你回来。
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