Intel Pentium III CPU(Coppermine, Tualatin) L2 Cache Latency, Hardware Prefetch特性调查

这几天，偶然的机会想到了困扰自己和其他网友多年的Intel Pentium III系列处理器缓存延迟（L2 Cache Latency），以及图拉丁核心版本是否支持硬件预取（Hardware Prefetch）问题。

手头的支持图拉丁核心处理器的i815主板还在正常服役中，铜矿和图拉丁核心处理器也都有，所以就专门做了这一期调查，感兴趣的网友可以在评论区共同探讨指正错误。

参与评测的3款处理器

　　Intel Pentium III 1000MHz, Coppermine, 256KB L2, 133MHz FSB

　　Intel Celeron 1000MHz, Tualatin, 256KB L2, 100MHz FSB

　　Intel Pentium III -S 1400MHz, Tualatin, 512KB L2, 133MHz FSB

参与评测的操作系统是Windows 2000 SP4

首先，贴上测试结果截图，里面包含了缓存延迟，硬件预取相关测试信息，调查结果与原以为的结果大相径庭，后面会进行解释。

Intel Pentium III 1000MHz（铜矿奔腾3 1G）

　　

Intel Celeron 1000MHz（图拉丁赛扬 1G）

　　

Intel Pentium III -S 1400MHz（图拉丁奔3-S 1.4G）

　　

1）Cache latency

首先，声明一点，到了Pentium III处理器（含同级别赛扬），L2 Cache已经是内置的全速Cache了，最早期的赛扬处理器才有半速Cache的设计，这一点还可以通过AIDA64等硬件检测工具确认。

其次，本文的重点内容之一，具体latency数据，是通过CPU-Z 1.38自带的工具latency.exe测试出来的，图片中的latency.exe的输出就是。

从测试结果看，缓存延迟数据最佳的，竟然是铜矿奔腾3，图拉丁赛扬毕竟是低端，然而图拉丁奔腾3-S 1.4GHz就是整个奔腾3系列处理器里面的顶配了，按说应该是所有参数拉满才对，实际数据说明：

L2 Cache Latency排名（越低越好）：

铜矿奔腾

图拉丁赛扬

图拉丁奔腾3-S

2）Hardware Prefetch

硬件预取特性，是根据CPUID信息来检测的，x86处理器的CPUID指令会根据输入EAX的数值，决定功能编号，不同的功能编号，会返回不同的特性数据，截图里面cpuid.exe程序是基于CodeBlocks开源IDE

编译出来的。

根据Intel公司官网发布的cpuid相关文档，找到了CPUID(2)，也即CPUID #2号功能的返回值，可以确定CPU是否支持硬件预取，以下截图来自Intel公司2011年发布的文档：

processor-identification-cpuid-instruction-note.pdf

　　

　　CPUID(2)的部分描述符含义解释：

　　

如果CPUID(2)输出寄存器中（EAX，EBX，ECX，EDX）中包含有0xF0或者0xF1，则表示该处理器支持硬件预取，而且预取数据宽度是64字节或者128字节。

然而，从cpuid.exe的输出看，Fun #2的输出里面，三款处理器都没有0xF0或者0xF1，说明：

Intel Pentium III系列，包括铜矿和图拉丁系列处理器，均不支持硬件预取(Hardware Prefetch)。

3）CPUID相关其他信息

另外，顺便解释一下cpuid.exe里面的Fun #1，即CPUID(1)的输出，这个1号功能，用来查询该CPU的Family-Model-Stepping信息(由EAX寄存器输出），这里参与评测的3款处理器的这些信息不同，

所以EAX寄存器内容不同，具体可以参考右边cpu-z的截图。另外，ECX和EDX输出的是指令集特性，比如是否支持MMX，SSE，VME，PSN(处理器序列号）等特性，可以看到差异：

铜矿奔腾的EDX = 0387F9FF，两款图拉丁处理器的EDX = 0383F9FF。

这里的16进制的7，比3多出了一个使能位，就是Bit 18，查询上述CPUID手册，可以发现，这个位就是PSN标志位，说明：

Intel铜矿核心处理器，才支持PSN（96位的唯一处理器序列号），图拉丁赛扬和奔腾，并不支持PSN。

处理器的PSN，是通过CPUID(3)来获取的，所以，对应的铜矿核心处理器，比图拉丁核心处理器的最大基础CPUID功能号是3，图拉丁的则是2（即截图中的Max FuncId）。

还有一点，就是铜矿处理器的最大扩展CPUID功能号是0（表示不支持扩展功能），图拉丁的则是0x80000004。扩展功能号里面的0x80000001 ~ 0x80000004，用于获取CPU的商标品牌信息（CPU BRAND）。

最大基础CPUID功能号，就是CPUID(0)的EAX输出。

最大扩展CPUID功能号，就是CPUID(0x80000000)的EAX输出，如果是0，说明不支持扩展功能号。所以：

Intel图拉丁核心处理器，才支持CPUID扩展功能，铜矿核心处理器不支持扩展功能。

这也是铜矿和图拉丁处理器的一个差异，cpu-z工具里面显示的处理器BRAND信息，是通过其他CPUID信息确定出来的，有兴趣可以进一步查阅Intel公司发布的CPUID相关手册。

附上我自己编写的C++语言版的cpuid函数：

void cpuid(u32 in, u32 &eax, u32 &ebx, u32 &ecx, u32 &edx)
{
    __asm volatile ("cpuid" : "=a"(eax), "=b"(ebx), "=c"(ecx), "=d"(edx) : "a"(in));
}

4）小结

综合上述调查内容，可以得出结论：

Intel在2000年前后推出的铜矿和图拉丁核心处理器，并不能简单地认为，图拉丁核心一定比同频的铜矿核心处理器要好，硬件预取特性两种核心都不具备，图拉丁的L2 Cache延迟明显比铜矿核心要大些。

图拉丁核心处理器的优势，主要体现在，制造工艺提升到了0.13um，功耗和发热更低，频率更高，上市的产品里面，图拉丁赛扬/奔腾/奔腾-S均有最高1.4GHz的产品，而铜矿核心，止步于1GHz（不过，我在

网上见过1.1GHz 100MHz FSB的铜矿奔腾/赛扬）。没想到的是，图拉丁奔腾III-S的L2缓存延迟，居然比图拉丁赛扬的还要高。

如果两种核心频率相差不大或者相同的话，优先使用铜矿核心处理器，如果更想体验新制程高主频，在乎发热方面的话，就选择图拉丁核心吧。我个人而言，两种核心都会交替使用，因为我会根据需要做各种

相关性能测试跑分什么的，有些对L2 Cache延迟比较敏感，有些对主频比较敏感，具体使用哪一款，根据具体情况而定。