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64位478针奔腾4的故事

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发表于 2020-09-04 11:50:38
电梯直达 确定
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第一章起源与宿命

世纪初随着个人电脑的不断普及,中国正掀起一股DIY装机热潮。一台入门级PC大概三千出头,对于家境不错的家庭一台七八千乃至上万的奔腾4(Pentium 4)电脑也很常见。

64位478针奔腾4的故事

还记得那个家喻户晓“噔!噔!噔噔!”的广告吗?

奔腾4是继图拉丁奔3之后的新一代NetBurst构架处理器,主要设计之一是其拥有超长流水线,造就了它拥有3.4Ghz乃至更高的主频。拥有上图“HT”标识的电脑,都具备单核心模拟双核心的超线程技术,可以并行处理两个任务。人们所了解的Socket 478接口CPU基本都只停留在32-bit处理能力,不过有时总有例外,Intel为IBM独家定制的eServer xSeries服务器专用Pentium 4支持EM64T指令。这些处理器从未进入零售市场,而且流通量也不大,换句话说没有IBM的话,这些处理器根本不会出现在Intel的产品线里,所以现在要找到它们并不是件容易的事情。

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蓝色巨人IBM

为IBM独家定制的非凡处理器隶属于奔腾4系列的Prescott核心,是基于支持64位指令集的E0步进,这在478针CPU中并不常见。其实Intel在E0步进之后还向零售市场发布了G1步进的478针CPU,但其并没有这样的创新。能向英特尔下单的公司并不多,尤其是特殊规格产品,但“蓝色巨人”能做到,所有这些都是为了在争夺中小型企业服务器市场份额的激烈斗争中击败惠普和戴尔。其实IBM早就看到一个充满希望的未来,就像i386时代从16位软件改为32位软件一样。如今,现实早已证明他们的判断是正确的,日落正在接近那时的32位计算。

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人们所熟悉的64位零售处理器是起源于AMD的K8 Athlon 64以及后来居上的Socket 775处理器。但即使是775针的奔腾4,早期产品并非都支持64位指令集,因此支持64-bit的478针奔腾4是个绝对意义上的异类。

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X86构架缔造者Intel

支持64-bit运算的478针处理器有两个型号,一个工作频率为3.2Ghz(代号SL7QB);另一个工作频率3.4Ghz(代号SL7Q8),它们都能顺利运行Win7 X64和各种64-bit应用程序。笔者有幸从一斯洛伐克网友手中获得一颗主频3.4 Ghz的SL7Q8(如下图),作为Socket 478处理器中的罕见品种,它激发了我对Intel早期64位处理器研究的好奇心。

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拥有一颗64位478针奔腾4是不是意味着就具备了更大可用内存的先决条件?答案远远没那么简单,造物主(Intel)无意中为它“设置”了种种局限性,我将详细得为大家解说。

实际上,想要做到超过4GB内存的寻址空间并非一定需要64位的X86处理器,因为从奔腾Pro开始,就已经引入了物理地址扩展(PAE)到64GB的能力,但其局限是每个任务不能同时获得超过4GB空间寻址空间。与之不同,64位处理器允许您从4GB以上的RAM中过的最大好处,并且操作系统与驱动程序的问题也比在PAE模式下少得多。这里强调一下,LGA775和LGA771的64位处理器的地址线宽度保持了与32位PAE模式下一致的36位,也就是说,他们最大只能支持到64GB内存,就像奔腾Pro一样。1995年的处理器拥有这样超前的功能是不是令人难以置信?

Socket 478处理器并没有集成内存控制器,所以要支持4GB以上的内存,主板北桥芯片组需要拥有至少有一个额外的地址线。Socket 603/604/771等服支持务器芯片组是可以做到的,但桌面领域最早支持4GB以上寻址的芯片组是955X,更早的865/875/915/920/945都仅拥有一个旧的地址线HA31#,所以不可能在这些主板上使用超过4GB的RAM。说到地址线,补充介绍一下:HA31#地址线提供4GB寻址、HA32#提供8GB、HA33#是16GB、HA34#高达32GB和HA35#则支持最大64GB的寻址能力。

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新问题又来了,既然865/875/915/920/945等北桥芯片组都支持最大4GB内存寻址,那么装上X64操作系统就应该可以完整使用全部的4GB?事与愿违,这4GB地址不能全部分配给安装在主板上的物理内存。因为个人电脑还有很多设备需要地址代码,以便CPU可以根据地址码找到它们,同时CPU和这些设备交换数据需要暂时存放数据的存储器——寄存器,这些寄存器也需要地址代码。比如硬盘控制器、软驱控制器、管理插在PCI槽上的PCI卡的PCI总线控制器,PCI-E总线控制器以及PCI-E显卡等,它们都有寄存器都需要系统分配地址代码给它们。这就是为什么我们常常遇到的“奇怪”的现象,在Windows操作系统中,安装4GB物理内存后,显示出来的只有3.2~3.5GB甚至更少,有800 MB的内存“无缘无故”地消失了。为了解决这个问题,当时的Intel和AMD提出“映射”的方案,早期的BIOS里面会显示出内存地址重映射“Memory Remapping”选项,从64GB的地址空间顶部开始,映射PCI设备的I/O地址,将被系统占用的3GB到4GB段的地址代码留给安装在主板上的物理内存,就可以使用全部的物理内存了。当然这种“映射”工作还是由BIOS完成,要完整使用4GB内存,还必须要BIOS支持。

综上所述,要在Socket 478主板上要实现完全使用4GB或更大的内存时,至少需要同时满足以下条件:一款不早于955X的芯片组、一个正确的BIOS(识别所有可用的内存)、一颗支持64-bit指令集的CPU,当然64位操作系统也是必不可少的。吐槽一下,那个32-bit向64-bit过渡的年代局限可真多!

第二章组装与测试

有哪些主板可与之匹配,并能顺利启动64位操作系统呢?一般865PE和875P是难以做到的,甚至无法点亮。如下几款有代表性的高性能、高扩展性主板都不成问题:

*ASUS P4GD1 (Intel 915P/ 4G DDR-400/ PCI-Express x16, 3x PCI-Express x1, 3x PCI)

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*MSI 945GCM478 (Intel 945GC/ 4G DDR2-667/ PCI-Express x16, 2x PCI).

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*BiostarG31-M4 (Intel G31/ 4G DDR2-800 / PCI-Expressx16, 2x PCI)

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上述几块支持478针64-bit处理器的主板芯片组分别是915P/945GC/G31,后两者均为M-ATX板型,支持DDR2内存以及SATA2,在性能上自然强于仅支持DDR和SATA的华硕915P。网络上甚至还可以搜索到支持DDR3的华擎P4IG41C(难觅踪影,官网也无法搜索到)以及众多山寨G41主板,不过基本都是Micro-ATX板型,不仅主板小,而且扩展性也较差,最多提供1个PCI-E x1扩展槽。综合比较,从扩展性和均衡性角度看,做工更为扎实、豪华的全尺寸ATX华硕P4GD1显得更有诚意,笔者使用的正是这款。

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我最终组装的硬件设备清单如下:

* 英特尔Intel Pentium 4, 3.4GHz, Socket 478, SL7Q8, 64位版

* 建基AOpen Thermocline碧流hekilu AC48L散热器

* 华硕ASUS P4GD1, Intel 915P + ICH6, Socket 478全尺寸ATX大板

* 威刚ADATA 4 GB (4x 1GB) DDR 400MHz CL3

* 撼讯Powercolor AMD Radeon R9 270, 2GB, 1280SP, SCS3被动散热版

* 建兴LITEON NVMe驱动器 120GB

* 显示器LG 32GK850F-B HDR QHD (DisplayPort) 32寸2K 2560 x 1440

* 网卡Marvell Yukon 88E8053 PCI-E Gigabit千兆板载

* 扩展卡PCI-Express x1 USB3.0

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让我们开始启动这台“奇葩”的时光机器。

首先是BIOS自检画面。华硕主板独有的第二代人工智能(AI Proactive)技术是在775针P5主板中正式推出的功能,不过被“前置”到了这款478针P4主板上。

64位478针奔腾4的故事

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进入BIOS,可完整识别处理器信息,但4GB物理内存在BIOS中仅识别了3200M,其它800M应该是被上文所说的各种设备和控制器等占用,P4GD1主板BIOS中未发现内存重映射(Memory Remapping)选项,所以无法释放全部内存。

这是插在主板上的M.2转PCI-E X1的扩展卡,搭载一块建兴NVMe信道120G固态硬盘。

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下面开始通过苹果Clover四叶草模拟UEFI环境识别NVMe协议M2固态硬盘,并启动Windows 7 X64系统。

64位478针奔腾4的故事

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启动速度较快,进入桌面后查看系统和硬件属性。

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久违的Windows 7 64位操作系统,搭载着478针奔腾4处理器@3.40GHz。

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鲁大师中详细列举了时光机的配置,478针奔腾4遇上PCI-E显卡、NVMe固态硬盘和USB3.0、PCI-E千兆网卡以及2K分辨率显示器等。

首先测试下PCI-E X1模式下NVMe M.2固态硬盘的速度如何。

64位478针奔腾4的故事

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大家知道PCI-E X1 V1.1能够提供的理论带宽最大是250M/S(略低于SATA2.0的300M/S),所以不能对其性能报太大期望,不过秒杀ICH6南桥板载的SATA1.0还是没有问题的。

我们再通过专业CPU检测软件查看“SL7Q8”的详细信息。

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HWiNFO64错误地将处理器识别为Pentium 4 550,编码也识别有误,不过脚针识别正确“mPGA478”。CPU缓存、指令集、主板南北桥、显卡以及内存参数均被正确识别。

64位478针奔腾4的故事

在CPU-Z Ver. 1.92.2 X64中的各项参数均可正确识别。

下面主要针对SL7Q8进行32bit VS 64bit应用的对比测试。

WinRARv5.80(32/64位版本)

单位:Kb/秒(数值越大越好)

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64位版WinRAR v5.80相较32位性能上略有优势,但差异很小,仅1%的领先。

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当你在64位系统上安装32位WinRAR的时候,会提示装64位可以获得更好的性能和可靠性。

Geekbench4.4.2 Pro(32/64位测试)

64位478针奔腾4的故事

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Geekbench同样把SL7Q8识别成478针的奔腾4 550/551,不过测试中64位运算继续发挥优势,在单核和多线程运算中分别领先于32位2.5%和3.5%。

HWBOT X265Benchmark(32/64位测试)

64位478针奔腾4的故事

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HWBOT X265 Benchmark是1080P/4K高清视频解码测试软件,这对于478针处理器确实是难为了。CPU软解码成绩均不到1针贞每秒,不过64位的0.49FPS相较32位的0.39FPS依然提高了近26%。

CINEBENCHR11.5(32/64位测试)

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CINEBENCH R11.5是较为现代的一款CPU渲染测试跑分软件,经多次测试32位和64位运算成绩均一致无异(0.56pts vs 0.56pts)。这也是四款同版本软件32位对比64位的测试中唯一一款没有拉开差距的。

从上述测试结果看,虽然478针Pentium 4 3.4Ghz(SL7Q8)的性能对比当今CPU可以忽略不记,但在执行64位任务时效率可高出32位约1%~10%,幅度不算大,但优势还是有的。当然最重要的不是跑分,这款特殊的S478处理器还能干点啥,是不是已经被时代的脚步彻底抛弃?且看下章。

第三章 实用性与游戏

SL7Q8拥有那个年代最强频率、指令集和新特性(MMX/SSE/SSE-2/SSE-3/EM64T/TM1/HTT/CMPXCHG16b等)以及超大的16KB一级缓存和1MB二级缓存,放在16年前是条好汉,那么在如今Windows 7 X64系统的生态环境下实际体验如何呢?

64位478针奔腾4的故事

打开一些常用软件,系统资源占用率并不算高。这颗高总线、高频率的NetBurst构架在Win7 64位桌面环境下,仍然可以较为流畅运行Office、微信、迅雷、PotPlayer、速盘、Edge等最新版主流上网冲浪和办公软件。

Microsoft Edge v84.0.522.52(64位)浏览器

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现代浏览器在全新架构支持下全都支持GPU渲染,就连古老的IE11也支持GPU硬件加速功能。这意味着,浏览器在不依赖于CPU的情况下可非常流畅地呈现一切内容,包括在线视频,这比CPU软解要顺利好太多。

PotPlayer64 bit v1.7.21245视频播放器

我们已经看到用HWBOT X265 Benchmark测试软件通过Pentium 4软件解码1080P视频时候,那惨不忍睹的画面。那么如果使用显卡硬解1080P高清电影,结果会如何呢?

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播放位率23466kps的1080P片源时, SL7Q8的占用率如下。

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CPU基本维持在10%左右的占用率,此时视频非常流畅,这完全是依赖于AMD RADEON R9 270显卡的高清硬件解码能力。当然如果拥有一块4K硬解码的显卡,播放高码率4K电影应该也没有问题。

介绍完网页浏览和高清视频播放性能后,下面我们再次进入CPU压榨环节,看看SL7Q8在“近代”桌面游戏中的表现。为了发挥新游戏的最佳潜能,我们先为GCN构架的Radeon R9 270显卡装上最新的驱动。

64位478针奔腾4的故事

这款2020/7/11刚发布的Radeon肾上腺素2020版,应该是为数不多的478针处理器可以“享受”到的特殊待遇。

3DMARK11专业版

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首先测试下Futuremark公司经典的3DMARK系列。3DMARK11专业版综合得分X1506,图形分数2093,CPU明显拖了后腿,正常分数应该有X2300左右。

Rise of the Tomb Raider古墓丽影:崛起

古墓丽影:崛起 PC版发布于2016年,只能运行在Windows 7以上的64位系统中。

64位478针奔腾4的故事

没想到可以顺利进入游戏,在1080P分辨率下把特效调整为几乎全高,这里只为看风景,索性就极端化一点。

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进入场景后,画面渲染效果还不错,在这个画面等级下大概5帧左右,CPU几乎满载,内存也已经2/3下去了。如果降低画质和分辨率,估计能达到15帧上下,还是可以勉强和劳拉妹妹互动一下。

Blizzard Battlenet暴雪战网

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最新的暴雪全家桶,“玻璃渣”公司的人气作品,让我们挑选几款适合80后老玩家的经典游戏感受下。

WOW魔兽世界(经典怀旧服)v1.13.5(35395)(正式版 x64)Jul 30 2020

64位478针奔腾4的故事

2004年上市的老游戏了,进入游戏很快,播放CG也很流畅,要求不算高。因为笔者没有充值游戏点数,无法进入游戏内部场景,不做进一步测试评论。值得一提,最新战网魔兽世界必须要求运行在64位操作系统,478针的SL7Q8可以胜任,但之后AMD的发布的64位754针和939针处理器即使装了64位系统却也玩不了(包括FX-60),这应该与当时AMD处理器中CMPXCHG16b等指令集的缺失有关。

Starcraft星际争霸重制版

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游戏版本号1.23.5.8668(64-bit),支持最大4K辨率。

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在2K分辨率下以全特效(含实时光影)进行游戏对战时极度流畅,没有丝毫卡顿。当你沉浸在游戏的对抗中,完全不会觉得你在使用一颗近20年历史NetBurst构架的478针处理器与对手PK。

WarcraftⅢ魔兽争霸重制版

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版本号1.32.7.15572 x86-64,这是暴雪公司今年刚推出的重制版经典作品,网易还在以测试版模式公测,进去后能在高清分辨率下流畅游戏,但目前客户端还不支持打开重制版的特效,内部游戏场景就暂不截图了。

支持64位指令的478针奔腾4似乎是还能运行2020年暴雪“全家桶”的最古老桌面级处理器,Starcraft、WarcraftⅢ以及WOW怀旧版三款“新瓶装旧酒”重制版游戏可以流畅运行,足以满足你对怀旧硬件实现主流级游戏体验的渴望。

总结:

64位478针奔腾4的故事

一颗近20年历史的478针Pentium 4能做些什么?拥有64-bit指令集的SL7Q8交出了一份注定不完美却又很“完美”的答卷,辅以PCI-E X16提供的8GB/S带宽,三条PCI-E X1带来的NVMe固态启动盘、USB3.0、千兆无线网卡等扩展功能,并借助强悍的“GPU硬解码”功能,依旧为你带来不错的PC办公、上网冲浪、高清影音甚至最新重制版游戏大作等流畅体验。这对于怀旧派来说,已经是空前的、难能可贵的实用性了。

PC发展车轮不断向前,我们站在IBM和Intel巨人肩膀上感受计算机硬件的演化和迭代轨迹;在轨迹中,总有些例外,让我们耳目一新,也总能找到一些组合,颠覆你的想象。也许某一天Socket 478接口的Pentium 4遇上Geforce 3080TI,邀请你在“光追”游戏大作中看风景的时候,不要觉得不可思议,因为她的心脏可能就是支持64-bit的“SL7QB”或“SL7Q8”。

怀旧硬件是个念想,记录你我青葱岁月;极致性能是种追求,诠释你我永不泯灭的DIY精神,更像美影《极速之王》里的“7000转”,Who are you? ……


24Kyle于上海

2020年8月6日


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小花华

小花华


精华

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发表于 2020-09-27 11:11:12 1楼

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