『壹』 EDA簡明教程課題4
CPU是中央處理單元(Central Processing Unit)的縮寫,它可以被簡稱做微處理器(Microprocessor),不過經常被人們直接稱為處理器(Processor)。不要因為這些簡稱而忽視它的作用,CPU是計算機的核心,其重要性好比心臟對於人一樣。
實際上,處理器的作用和大腦更相似,因為它負責處理、運算計算機內部的所有數據,而主板晶元組則更像是心臟,它控制著數據的交換。CPU的種類決定了你使用的操作系統和相應的軟體,CPU的速度決定了你的計算機有多強大,當然越快、越新的CPU會花掉你更多的錢。
如今,Intel的CPU和其兼容產品統治著微型計算機——PC的大半江山,所以《CPU演義》系列文章將著重介紹這些CPU以及有關它們的製造過程、運行方式、性能、種類等知識。無論是Intel或AMD的CPU,還是你可能聽說過的其他一些 CPU(比如iMac或SGI工作站所使用的CPU),它們都有很多的相似之處。
CPU的核心
從外表看來,CPU常常是矩形或正方形的塊狀物,通過密密麻麻的眾多管腳與主板相連。不過,你看到的不過是CPU的外衣——CPU的封裝。而內部,CPU的核心是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片(其英文名稱為die,核心),如圖1。在這塊小小的矽片上,密布著數以百萬計的晶體管,它們好像大腦的神經元,相互配合協調,完成著各種復雜的運算和操作。
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需要說明的是,線寬是指晶元上的最基本功能單元——門電路的寬度,因為實際上門電路之間連線的寬度同門電路的寬度相同,所以線寬可以描述製造工藝。縮小線寬意味著晶體管可以做得更小、更密集,可以降低晶元功耗,系統更穩定,CPU得以運行在更高的頻率下,而且在相同的晶元復雜程度下可使用更小的晶圓,於是成本降低了。
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隨著線寬的不斷降低,以往晶元內部使用的鋁連線的導電性能將不敷使用,未來的處理器將採用導電特性更好的銅連線,AMD在剛剛推出的K7系列的新成員——Thunderbird(雷鳥)的高頻率版本中已經開始採用銅連線技術。
CPU的封裝
在通過了幾次嚴格的測試以後,已經置備出各種電路結構的矽片就可以送封裝廠進行切割,劃分成單個處理器的die並置入到封裝中。封裝可不僅僅是件漂亮的外衣。由於有封裝的保護,處理器核心與空氣隔離可以避免污染物的侵害。除此以外,良好的封裝設計還有助於晶元散熱。同時,它是連接處理器和主板的橋梁。
封裝技術也在不斷發展,目前最常見的是PGA(Pin-Grid Array,針柵陣列)封裝(圖2是奔騰CPU有針腳一面),通常這種封裝是正方形的,在中央區周圍均勻的分布著三~四排甚至更多排引腳,引腳能插入主板CPU插座上對應的插孔。隨著CPU匯流排寬度增加、功能增強,CPU的引腳數目也不斷增多,同時對散熱、電氣特性也有更高的要求,演化出了SPGA(Staggered Pin-Grid Array,交錯針柵陣列),PPGA(Plastic Pin-Grid Array,塑料針柵陣列)。
奔騰Ⅲ Coppermine採用了一種獨特的FC-PGA(Flip Chip Pin-Grid Array,反轉晶元針柵陣列)封裝,見圖3。它把以往「倒掛」在封裝基片下的核心翻轉180度,穩坐於封裝基片之上,這樣可以縮短連線,並有利散熱。不過這並非Intel的什麼創世之舉,當年AMD在K6處理器中就採用了類似的技術(是從IBM買的專利),只不過由於被一塊金屬上蓋「掩護」起來而不為人知,新Socket A系列CPU也採用的是類似技術。
CPU的介面
對應於不同架構的CPU,與主板連接的介面類型常各不相同。
586時代最常見的是Socket 7插座,如圖4。它是方形多針角零插拔力插座,插座上有一根拉桿,在安裝和更換CPU時只要將拉桿向上拉出,就可以輕易地插進或取出CPU晶元了。Socket 7插座適用於Intel Pentium、Pentium MMX、AMD K5、K6、K6-2、K6-Ⅲ、Cyrix 6X86、X86 MX、MⅡ等處理器。
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Slot 1插槽(如圖6)是Intel的專利技術,它是一個狹長的242引腳的插槽,可以支持採用SEC(Single-Edge connector,單邊連接器)封裝技術的Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ和Celeron處理器。Intel首創的SEC封裝實際上是一個固定在子卡上的PGA封裝
Intel第一塊CPU 4004,4位主理器,主頻108kHz,運算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百萬條指令),集成晶體管2,300個,10微米製造工藝,最大定址內存640 bytes,生產曰期1971年11月.
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8008,8位主理器,主頻200kHz,運算速度0.06MIPs,集成晶體管3,500個,10微米製造工藝,最大定址內存16KB,生產曰期1972年4月.
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8080,8位主理器,主頻2M,運算速度0.64MIPs,集成晶體管6,000個,6微米製造工藝,最大定址內存64KB,生產曰期1974年4月.
8085,8位主理器,主頻5M,運算速度0.37MIPs,集成晶體管6,500個,3微米製造工藝,最大定址內存64KB,生產曰期1976年.
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8086,16位主理器,主頻4.77/8/10MHZ,運算速度0.75MIPs,集成晶體管29,000個,3微米製造工藝,最大定址內存1MB,生產曰期1978年6月.
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8088,8位主理器,主頻4.77/8MHZ,集成晶體管29,000個,3微米製造工藝,最大定址內存1MB,生產曰期1979年6月.
80286,16位主理器,主頻6/8/10/12~25MHZ,運算速度最高2.66MIPs,集成晶體管134,000個,3微米製造工藝,最大定址內存16MB,生產曰期1982年.
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80386DX,32位主理器,主頻16/20/25/33MHZ,運算速度最高達10MIPs,集成晶體管275,000個,1.5微米製造工藝,最大定址內存4GB,生產曰期1985年10月.
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80386SX,16位主理器,主頻MHZ,運算速度6MIPs,集成晶體管134,000個,3微米製造工藝,最大定址內存16MB,生產曰期1988年.
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80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主頻25/33/50/66/75/100MHZ,匯流排頻率33/50/66MHZ,運算速度20~60MIPs,集成晶體管1.2M個,1微米製造工藝,168針PGA,最大定址內存4GB,緩存8/16/32/64KB,生產曰期1989年4月.
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Pentium,64位主理器,主頻60/66/75/100/120MHZ(P54),133/150/166/200MHZ(P54C),匯流排頻率60/66MHZ,運算速度90~240MIPs,集成晶體管3.1~3.5M個,1微米製造工藝,273或296針,最大定址內存4GB,緩存16/256/512KB,生產曰期1993年3月.
Pentium MMX(MMX: Multi-Media Extensions,增加57條多媒體指令),64位主理器,主頻150/150/166/200/233MHZ(P55C),匯流排頻率66MHZ,運算速度達到435MIPs,集成晶體管4.1~4.5M個,1微米製造工藝,SOCKET7介面,最大定址內存4GB,緩存16/256/512KB,生產曰期1993年3月.
Pentium Pro,64位主理器,主頻133/150/166/180/200MHZ,匯流排頻率66MHZ,運算速度達到300~440MIPs,集成晶體管5.5M個,1微米製造工藝,387針Socket8介面,最大定址內存64GB,緩存16/256kB~1MB,生產曰期1995年11月.
Pentium II,64位主理器,主頻200/233/266/300/333/350/400/450MHZ,匯流排頻率66/100MHZ,運算速度達到560~770MIPs,集成晶體管7.5M個,1微米製造工藝,全新SLOT1介面,最大定址內存64GB,L1緩存16kB,L2緩存512KB,生產曰期1997年3月.(233~333MHz, 2.8V Klamath核心, 66MHz FSB; 350~450MHz, 2.0V Deschutes核心, 100MHz FSB)
Pentium II Xeon(至強),64位主理器,主頻400/450MHZ,匯流排頻率100MHZ,全新SLOT2介面,最大定址內存64GB,L1緩存16kB,L2緩存512KB~2MB,生產曰期1998年.
Celeron一代, 主頻266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 匯流排頻率66MHz,0.25微米製造工藝,生產曰期1998年4月)
Pentium III,64位處理器,主頻450/500MHZ(Katmai核心: 2.0V, 100MHz匯流排頻率, 512kB L2 cache,slot1介面),533MHZ~1.13GHZ(Coppermine核心: 1.6V, 100/133MHz匯流排頻率, 256kB L2 cache,Socket 370),0.25~0.18微米製造工藝,生產曰期1999~2000年.
Pentium III Xeon,分為早期的Tanner核心(0.25微米製造工藝,256KB緩存),後來的Cascades核心(匯流排頻率133MHZ,L2緩存2MB,0.18微米製造工藝),生產曰期1999年.
Pentium III (Tulatin核心),主頻1.13G~1.4G,匯流排頻率133MHZ, L2緩存512K,Socket370介面, 0.13微米製造工藝,分為伺服器版(S)和筆記本移動版(M),生產曰期2001年.
Celeron二代,主頻533MHZ~1GHZ(Coppermine核心: 1.6V, 匯流排頻率66/100MHZ, L2緩存128K,Socket 370),0.18微米製造工藝,生產曰期2000年.
Celeron三代(Tulatin,圖拉丁核心),主頻1GHZ~1.3GHZ,匯流排頻率100MHZ,0.13微米製造工藝,Socket370介面,256k的二級緩存,絕對不怕壓壞的核心,低功耗,發熱量小等優勢一改賽揚II的種種缺陷,超頻性能絕佳, 2002年生產.
Pentium 4 (Willamette核心,423針),主頻1.3G~1.7G,FSB400MHZ,0.18微米製造工藝,Socket423介面, 二級緩存256K,生產曰期2000年11月.
Pentium 4 (478針),至今分為三種核心:Willamette核心(主頻1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米製造工藝),Northwood核心(主頻1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米製造工藝, 二級緩存512K),Prescott核心(主頻2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米製造工藝,1M二級緩存,13條全新指令集SSE3),生產曰期2001年7月.
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Pentium MMX(MMX: Multi-Media Extensions,增加57條多媒體指令),64位主理器,主頻150/150/166/200/233MHZ(P55C),匯流排頻率66MHZ,運算速度達到435MIPs,集成晶體管4.1~4.5M個,1微米製造工藝,SOCKET7介面,最大定址內存4GB,緩存16/256/512KB,生產曰期1993年3月.
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Pentium Pro,64位主理器,主頻133/150/166/180/200MHZ,匯流排頻率66MHZ,運算速度達到300~440MIPs,集成晶體管5.5M個,1微米製造工藝,387針Socket8介面,最大定址內存64GB,緩存16/256kB~1MB,生產曰期1995年11月.
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Pentium II,64位主理器,主頻200/233/266/300/333/350/400/450MHZ,匯流排頻率66/100MHZ,運算速度達到560~770MIPs,集成晶體管7.5M個,1微米製造工藝,全新SLOT1介面,最大定址內存64GB,L1緩存16kB,L2緩存512KB,生產曰期1997年3月.(233~333MHz, 2.8V Klamath核心, 66MHz FSB; 350~450MHz, 2.0V Deschutes核心, 100MHz FSB)
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Pentium II Xeon(至強),64位主理器,主頻400/450MHZ,匯流排頻率100MHZ,全新SLOT2介面,最大定址內存64GB,L1緩存16kB,L2緩存512KB~2MB,生產曰期1998年.
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Celeron一代, 主頻266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 匯流排頻率66MHz,0.25微米製造工藝,生產曰期1998年4月)
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Pentium III,64位處理器,主頻450/500MHZ(Katmai核心: 2.0V, 100MHz匯流排頻率, 512kB L2 cache,slot1介面),533MHZ~1.13GHZ(Coppermine核心: 1.6V, 100/133MHz匯流排頻率, 256kB L2 cache,Socket 370),0.25~0.18微米製造工藝,生產曰期1999~2000年.
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Pentium III Xeon,分為早期的Tanner核心(0.25微米製造工藝,256KB緩存),後來的Cascades核心(匯流排頻率133MHZ,L2緩存2MB,0.18微米製造工藝),生產曰期1999年.
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Pentium III (Tulatin核心),主頻1.13G~1.4G,匯流排頻率133MHZ, L2緩存512K,Socket370介面, 0.13微米製造工藝,分為伺服器版(S)和筆記本移動版(M),生產曰期2001年.
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Celeron二代,主頻533MHZ~1GHZ(Coppermine核心: 1.6V, 匯流排頻率66/100MHZ, L2緩存128K,Socket 370),0.18微米製造工藝,生產曰期2000年.
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Celeron三代(Tulatin,圖拉丁核心),主頻1GHZ~1.3GHZ,匯流排頻率100MHZ,0.13微米製造工藝,Socket370介面,256k的二級緩存,絕對不怕壓壞的核心,低功耗,發熱量小等優勢一改賽揚II的種種缺陷,超頻性能絕佳, 2002年生產.
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Pentium 4 (Willamette核心,423針),主頻1.3G~1.7G,FSB400MHZ,0.18微米製造工藝,Socket423介面, 二級緩存256K,生產曰期2000年11月.
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Pentium 4 (478針),至今分為三種核心:Willamette核心(主頻1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米製造工藝),Northwood核心(主頻1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米製造工藝, 二級緩存512K),Prescott核心(主頻2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米製造工藝,1M二級緩存,13條全新指令集SSE3),生產曰期2001年7月.
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Intel伺服器CPU產品簡史
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在計算機的CPU領域,Intel是勿庸置疑的領導者,雖然AMD和VIA等廠商也不斷有新品殺出,與Intel形成激烈的競爭,但是,在伺服器領域,Intel絕對佔有不可動搖的優勢,可以說,Intel能夠有今天的地位,下面這些劃時代的產品有著不可磨滅的功勞:
伺服器CPU的雛形:Pentium Pro
在Pentium處理器取得了巨大的成功之後,1995年秋天,英特爾發布了Pentium Pro處理器。Pentium PRO是英特爾首個專門為32位伺服器、工作站設計的處理器,可以應用在高速輔助設計、機械引擎、科學計算和醫療等領域,主頻有150/166/180和200MHz四種。英特爾在Pentium PRO的設計與製造上又達到了新的高度,總共集成了550萬個晶體管,並且整合了高速二級緩存晶元,性能比Pentium更勝一籌:
1)將L2cache與CPU封裝在一起——「PPGA封裝技術」(L2cache在486和Pentium中都是設置在主板上),兩個晶元之間用高頻寬的匯流排互連,連接線路也被安置在封裝中。這使得內置的L2cache能更容易地運行在更高的頻率上(如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache的運行頻率與CPU相同),從而大大提高程序的執行速度。
2)外部地址匯流排擴展至36位,處理器的直接定址能力64GB,為將來發展留下餘地。
3)採用動態執行技術,這是Pentium處理器技術的又一次飛躍。該技術通過預測程序流程並分析程序的數據流,可選擇最佳的指令執行順序。意即指令不必按程序為它規定的順序執行,只要條件具備就可以執行,從而使程序達到更高的運行效率。
Pentium Pro的先進設計思想,為以後的微處理器的研製打下了良好的基礎。
至強的誕生:Pentium II Xeon
1998年英特爾發布了Pentium II Xeon(至強)處理器。Xeon是英特爾引入的新品牌,當時Intel公司為了區分伺服器市場和普通個人電腦市場,決定研製全新的伺服器CPU,命名也跟普通CPU做了一些明顯的區分,稱為Pentium II Xeon,取代之前所使用的Pentium Pro品牌。這個產品線面向中高端企業級伺服器、工作站市場;是英特爾公司進一步區格市場的重要步驟。Xeon主要設計來運行商業軟體、網際網路服務、公司數據儲存、數據歸類、資料庫、電子,機械的自動化設計等。
Pentium II Xeon處理器不但有更快的速度,更大的緩存,更重要的是可以支持多達4路或者8路的SMP對稱多CPU處理功能,它採用和Pentium II Slot1介面不同的Slot 2介面,必須配合專門的伺服器主板才能使用。
巨大的成功:Pentium III Xeon
1999年,英特爾發布了Pentium III Xeon處理器。相信大家都還記得,採用「銅礦」核心的奔騰3處理器那幾年是如何的風光,至今都還被譽為一代經典產品,而作為Pentium II Xeon的後繼者,除了在內核架構上採納全新設計以外,也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集,以更好執行多媒體、流媒體應用軟體。除了面對企業級的市場以外,Pentium III Xeon加強了電子商務應用與高階商務計算的能力。Intel還將Xeon分為兩個部分,低端Xeon和高端Xeon。其中,低端Xeon和普通的Coppermine一樣,僅裝備256KB二級緩存,並且不支持多處理器。這樣低端Xeon和普通的Pentium III的性能差距很小,價格也相差不多;而高端Xeon還是具有以前的特徵,支持更大的緩存和多處理器。
前赴後繼:Pentium 4 Xeon
2001年英特爾發布了Xeon處理器。英特爾將Xeon的前面去掉了Pentium的名號,並不是說就與x86脫離了關系,而是更加明晰品牌概念。Xeon處理器的市場定位也更加瞄準高性能、均衡負載、多路對稱處理等特性,而這些是台式電腦的Pentium品牌所不具備的。Xeon處理器實際上還是基於Pentium 4的內核,而且同樣是64位的數據帶寬,但由於其利用了與AGP 4X相同的原理--「四倍速」技術,因此其前端匯流排有了巨大的提升,表現更是遠勝過Pentium III Xeon處理器。Xeon處理器基於英特爾的NetBurst架構,有更高級的網路功能,及更復雜更卓越的3D圖形性能,另一方面,支持至強的晶元組也在並行運算、支持高性能I/O子系統(如SCSI磁碟陣列、千兆網路介面)、支持PCI匯流排分段等方面更好地支持伺服器端的運算。
64位開拓者:Itanium(安騰)處理器
2001年,一款基於IA-64平台的伺服器產品——HP與Intel攜手研發的安騰(Itanium)處理器隆重發布了。Itanium處理器是英特爾第一款64位元的產品,具有64位定址能力和64位寬的寄存器,所以我們稱它為64位CPU。由於具有64位定址能力,它能夠使用1百萬TB的地址空間,足以運算企業級或超大規模的資料庫任務;64位寬的寄存器可以使CPU浮點運算達到非常高的精度。其實IA--64處理器還具有顯性並行性 、分支預測、投機裝載等特性,這些技術都是為頂級、企業級伺服器及工作站而設計的,指令級並行性可促進最優化的軟體指令結構,從而使處理器能夠在相同時間內執行更多的指令。 推測:推測技術允許提前載入數據,甚至在代碼分支發生以前進行。通過盡早從內存載入數據,推測技術可以避免內存等待時間。預測技術避免了許多代碼分支,以及因相關的數據分支預測錯誤而導致的性能下降。IA-64還允許處理器上有更多的空間用於執行指令--更多的執行單元、更多的寄存器和更多的高速緩存。隨著處理器技術的發展為這些執行資源提供更多的空間,IA-64的性能將相應地得到增長。
在Itanium處理器中體現了一種全新的設計思想,完全是基於平行並發計算而設計(EPIC)。對於最苛求性能的企業或者需要高性能運算功能支持的應用(包括電子交易安全處理、超大型資料庫、電腦輔助機械引擎、尖端科學運算等)而言,Itanium處理器很好的滿足了用戶的要求。
續寫輝煌:Itanium 2(安騰2)處理器
2002年英特爾發布了Itanium 2處理器。代號為McKinley的Itanium 2處理器是英特爾第二代64位系列的產品。安騰2處理器高速緩存系統最重要的創新就是將大容量的3級高速緩存集成到處理器硅核上,而不是作為系統主板的一個獨立晶元。這不僅加快了數據檢索速度,同時可將3級高速緩存和處理器內核間的整體通信帶寬提高近3倍。加之其它在高速緩存效率方面的眾多改進,使得處理器內核即使在高度復雜的內存密集型交易中也能高速運行。因此,Itanium 2可以適用於運算要求更苛刻的場合,並提供給高階伺服器與工作站各種平台與應用支持。
Itanium 2處理器是以Itanium架構為基礎所建立與擴充的產品。提供了二位元的相容性,可與專為第一代Itanium處理器優化編譯的應用程序兼容,並大幅提升了50%~100%的效能。Itanium 2具有6.4GB/sec的系統匯流排帶寬、高達3MB的L3緩存,據英特爾稱Itanium 2的性能,足足比Sun
PentiumII/III
DS2PPentiumIIXeon
Tanner0.25μm版PentiumIIIXeon。KatmaiSlot2介面
Cascades0.18μm版PentiumIIIXeon
Pentium4
Foster0.18μm版Xeon(Willamette)
FosterMPHyper-Threading對應大容量伺服器版Xeon
Gallatin0.13μm版Xeon
Prestonia伺服器和工作站用0.13μm版Xeon
Nocona2003年登場的新型CPU
IA-64
『貳』 文件有那些格式,代表什麼.大哥大姐幫忙了
RAR 壓縮文件,
EXE 可執行文件,直接運行即可.
ZIP 壓縮文件.通常用於把文件縮小傳輸.
ISO DOS下最重要的兩個文件之一.
SWF falsh文件,可用falsh文件來看.
PDF 電子書籍,如果想看,可以下載閱讀文件.
CHM 電子閱讀工具的一種,
CAB 做圖文件.可做大型傢具.
JPG 圖片的一種格式.
DOC WORD文檔存檔的擴展名.
你直接網路搜索一下.你怎麼什麼都不明白?
MSI 可執行的一種.
AVI 視頻文件,
你直接搜索一下吧.都是擴展名,我看你該去補補電腦初級知識了.