中國鐵道出版社第5講CPU產品介紹

CPU：CentralProcessingUnit，即中央處理器，又稱微處理器，它由運算器、控制器和寄存器組成。計算機的一切工作都受CPU控制，其中運算器主要完成各種算術運算（加、減、乘、除等）和邏輯運算（與、或、非）；而控制器主要負責讀取指令，分析指令，并作出相應的控制與操作；寄存器可直接參與運算并存放參與運算的中間結果。CPU的性能是決定計算機性能的最重要的部件。中國鐵道出版社CPU的發(fā)展非常迅速。個人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的PentiumIV時代，只經過了20多年的時間。從生產技術來說，最初的8088集成了29000個晶體管，而PentiumIV的集成度超過了4000萬個晶體管；從CPU的運行頻率，8088是4.7MHz，而PentiumIV已達到了3.0GHz以上。生產CPU產品的公司主要有Intel、AMD、Cyrix和VIA公司

第5講CPU產品介紹

中國鐵道出版社1.Intel公司產品

Intel公司創(chuàng)建于1968年。在短短的幾十年內，創(chuàng)下令人矚目的輝煌成就。1971年推出全球第一個微處理器4004，1981年IBM采用Intel生產的8088微處理器推出全球第一臺IBMPC機，1984年入選全美一百家最值得投資的公司，1992年成為全球最大的半導體集成電路廠商，1994年其營業(yè)額達到了118億美元，在CPU市場大約占據(jù)了80％份額。Intel領導著CPU的世界潮流，從286、386、486、Pentium、曇花一現(xiàn)的PentiumPro、PentiumII、PentiumIII到現(xiàn)在主流的Pentium4，它始終推動著微處理器的更新?lián)Q代。Intel的CPU不僅性能出色，而且在穩(wěn)定性、功耗方面都十分理想。

中國鐵道出版社1.1

Intel40041971年，Intel公司推出了世界上第一臺微處理器4004，這是第一個用于計算機的四位微處理器，它包含2300個晶體管，4004主要用來處理算術運算，由于性能很差，其市場反應十分不理想。中國鐵道出版社1.2

Intel8080

1974年，Intel公司又研制出了8080處理器、8085處理器，加上當時Motorola公司的MC6800微處理器和Zilog公司的Z80微處理器，一起組成了八位微處理器的家族。中國鐵道出版社1.3Intel8086/8088

1979年，Intel公司又推出8086與8088微處理器，1981年8088芯片被首次用于IBMPC中。這兩種16位的微處理器比以往的8位機功能更強大，地址線有20條，內存尋址范圍為1M字節(jié)。

8086與8088區(qū)別：

8086的外部數(shù)據(jù)是16位，

8088的外部數(shù)據(jù)是8位。

IBM采用Intel的8086與8088來發(fā)展自己的個人電腦IBMPC。個人電腦時代從此誕生。中國鐵道出版社1.3Intel8086/8088

中國鐵道出版社1.4Intel80286

1982年，INTEL推出了80286芯片，該芯片含有13.4萬個晶體管，80286也是16位處理器，其頻率比8086更高，它有24條地址線，內存尋址范圍是16M字節(jié)。中國鐵道出版社1.5Intel80386

1985年，INTEL推出了80386芯片，它屬于32位微處理器，其內部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可尋址4GB內存。它除具有實模式和保護模式外，還增加了一種叫虛擬86的工作方式，可以通過同時模擬多個8086處理器來提供多任務能力。

80386處理器的主頻有16、20、25、33、40MHz五種。除Intel公司生產386芯片外，還有AMD，Cyrix，IBM等公司生產的。中國鐵道出版社1.5Intel80386

中國鐵道出版社

80386芯片主要有兩種產品：80386SX與80386DX80386SX：它是準32位處理器，數(shù)據(jù)總線是16位，其內部32位寄存器必須分兩個16位的總線來讀取。它是286計算機與386DX計算機之間的過渡產品。

80386DX：它是真正的32位處理器，數(shù)據(jù)總線和內部寄存器都是32位。它還可以配上80387數(shù)字協(xié)處理器，以提高計算速度。1.5Intel80386

中國鐵道出版社1.6Intel80486

1989年，由Intel公司首先出80486（簡稱486）。它集成了120萬個晶體管，其時鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。它也屬于32位處理器。

80486是將80386和數(shù)學協(xié)處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內。中國鐵道出版社1.6Intel80486

中國鐵道出版社1.7PentiumCPU

1993年，Intel公司推出了新一代微處理器Pentium（奔騰）。Intel公司為了防止別的公司侵權，就為新的CPU取了“Pentium”的名字，而沒有繼續(xù)叫做80586。

Pentium集成了310萬個晶體管，并使用了更高的時鐘頻率，最初為60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。64位數(shù)據(jù)總線，16KB的高速緩存。奔騰CPU的出現(xiàn)進一步加速了CPU的更新速度，CPU廠商競爭愈加激烈。另外Pentium的制造工藝優(yōu)良，可超頻性很好（能把它的時鐘頻率提高1～2檔次來使用），使得超頻逐漸流行開來。

中國鐵道出版社1.7PentiumCPU

中國鐵道出版社1.8PentiumMMXCPU

PentiumMMX是Intel公司于1996年底推出的Pentium系列的改進版本。

MMX技術(多媒體擴展指令集)是Intel最新發(fā)明的一項多媒體增強指令集技術,它增加了57條多媒體指令，專門用來處理音頻、視頻等數(shù)據(jù)，這些指令可以大大縮短CPU在處理多媒體數(shù)據(jù)時的等待時間，使CPU擁有更強大的數(shù)據(jù)處理能力。

PentiumMMX將高速緩存從16KB增加到了32KB，最高頻率提高到了233MHz，核心電壓為2.8v，倍頻分別為2.5、3、3.5，插槽全部使用Socket7。中國鐵道出版社1.8PentiumMMXCPU

中國鐵道出版社1.9PentiumⅡCPU

PentiumⅡ是Intel公司于1997年5月推出的與PentiumPro同一個級別的產品。采用32位核心結構。采用了雙重獨立總線結構。采用了專利的Slot1接口標準。使用單邊接觸技術SEC(Singleedgecontact)。

PentiumII采用0.25um制造工藝，核心電壓為2.0V，頻率支持233MHz~450MHz，對應的外頻為66MHz和100MHz兩種，倍頻有3.5、4.0、4.5、5.0等幾種。中國鐵道出版社1.9PentiumⅡCPU

中國鐵道出版社1.10CeleronCPU

Pentium是Intel公司高檔產品的代表，而Celeron（賽揚）CPU是主攻低端市場，并按規(guī)格不同被稱之為“C1”、“C2”、“C3”等。

Intel公司為從AMD和Cyrix公司手中搶占低端市場，于1998年4月推出的一款廉價的CeleronCPU，其核心技術與PentiumII相同。

Celeron的早期產品其實就是去掉二級緩存的PentiumⅡ。它采用0.35微米工藝制造，外頻為66MHz，主頻為266MHz～333MHz,性能不佳，唯一的好處是非常耐超頻。隨后Intel公司改正了這個缺陷，在賽揚內部集成了128KB的二級高速緩存Cache，并與CPU同速運行，使Celeron的性能得到提高。

中國鐵道出版社1.10CeleronCPU

中國鐵道出版社1.11PentiumⅢCPU

PentiumIII是Intel公司1999年初推出的產品。它采用了Katmai內核，這個內核最大的特點是更新了名為SSE的多媒體指令集，這個指令集在MMX的基礎上添加了70條新指令，專門設計用來改善3D圖形表現(xiàn)、3D聲效、語音識別以及增強浮點應用，并且可以兼容以前的所有MMX程序，為用戶提供了更多、更新方式的多媒體應用。中國鐵道出版社1.11PentiumⅢCPU

中國鐵道出版社1.11PentiumⅢCPU

PentiumIII處理器采用0.18微米工藝，內含有32KB一級緩存（16KB指令緩存加16KB數(shù)據(jù)緩存）和512KB二級緩存，主頻為450MHz～733MHz，外頻有100MHz和133MHz兩種，內核電壓為1.6V。PentiumⅢ有兩種封閉方式，早期的產品采用Slot架構，SECC封裝方式，即使用普通的CPU封裝方式，附帶512KB二級高速緩存，其工作頻率為CPU的二分之一；后期產品采用Socket370架構，在CPU內部集成256KB二級高速緩存，其工作頻率與CPU相同。中國鐵道出版社1.12Pentium4CPU

Pentium4是Intel公司2000年11月推出的最新一代的處理器。Pentium4處理器最主要的特點就是拋棄了Intel沿用了多年的P6結構，采用了新的NetBurstCPU結構。

NetBurstCPU結構具有眾多的優(yōu)點：20段的超級流水線、高效的亂序執(zhí)行功能、2倍速的ALU、新型的片上緩存、SSE2指令擴展集和400MHz的前端總線等等，從而極大地提高了CPU的性能和頻率。

中國鐵道出版社1.12Pentium4CPU

中國鐵道出版社1.12Pentium4CPU

Pentimu4處理器使用新的NetBurstCPU結構后主要表現(xiàn)有如下的優(yōu)越性能：改進了Pentimu4處理器的浮點運算功能?？焖賵?zhí)行引擎ALU以雙倍的時鐘速度運行，提高了總體速度。400MHz的系統(tǒng)總線（由主板提供）在Pentimu4CPU和內存控制器之間提供了3.2GB/s的傳輸速度。NetBurst體系結構可以瀏覽更多需要執(zhí)行的指令，比PentiumIIICPU多三倍，因此Pentimu4CPU能在更大的范圍內選擇要執(zhí)行的指令，并以更佳的順序來執(zhí)行指令，這就是總體性能大大提高的主要原因。Pentimu4中新增加的144條SSE2的指令。中國鐵道出版社1.13XeonCPU

Xeon（至強）主要應用于對性能要求高的服務器和工作站系統(tǒng)。

Xeon處理全部采用全速緩存（與CPU時鐘同步），容量可達1MB～2MB，并能支持高達64GB的內存，是個人計算機CPU的16倍。Pentium4核心技術的至強(Xeon)處理器采用NetBurst架構，具有更高級的網絡功能，及更復雜更卓越的3D圖形性能，因而Xeon處理器能承受繁重的工作，如三維制作或網絡服務器，而且Xeon最重要的優(yōu)點是：它是唯一支持對稱多處理器（SMP）功能的Intel處理器，可支持多達8個CPU。對于昂貴的精簡指令集計算機（RISC）來說，這可以向需要高性能計算機的用戶提供一個相對廉價的解決方案。

中國鐵道出版社1.13XeonCPU

中國鐵道出版社2.AMD公司產品

AMD公司創(chuàng)辦于1969年，是世界第二大微處理器公司，是唯一能與Intel競爭的CPU生產廠家。AMD公司的產品曾經以286-16取代了Intle公司的286-10，以386DX-40取代了Intle公司的386DX-33，以AMD486-40取代了Intle公司的A80486DX6-33。AMD公司的現(xiàn)在的產品則形成了以AthlonXP、Duron、Sempron、Athlon64等為核心的一系列產品。AMD產品的特點是性能較高而且價格便宜。

中國鐵道出版社2.1AMDK5CPU

K5是AMD公司1996年發(fā)布的第一個獨立生產的x86級CPU。

K5作為一款與Pentium競爭的產品，AMD的確做得非常出色，雖然在浮點運算方面比起Intel的來說是略遜一籌，但是在整數(shù)運算方面卻一點也不比Intel差，由于K5系列CPU都內置了32KB的一級緩存，比Pentium內置的16KB多出了一倍，再加上它的體系結構一直比Intel的先進一些，因此在整數(shù)運算和系統(tǒng)整體性能方面甚至要比同樣時鐘頻率的Pentium要高。另外，K5低廉的價格也是這款CPU最大的賣點。

中國鐵道出版社2.2AMDK6CPU

1997年AMD公司又推出了K6CPU。K6CPU擁有全新的MMX指令和64KBL1Cache以及更深的流水線，整體性能要優(yōu)于奔騰MMX，接近同主頻PⅡ的水平。

K6在整數(shù)運算方面非常成功，由于K6具有更大的L1Cache，所以隨著頻率的增長，它能獲得比PentiumMMX更顯著的性能提升。K6稍微落后的地方是在運行需要使用到MMX或FP（浮點指令）的應用程序方面，比起同樣頻率的PentiumMMX，甚至沒有MMX的奔騰都要差許多，這樣就使K6在某些3D游戲方面的表現(xiàn)遠不如Pentium出色了。另外AMD的MMX單元一次只能處理一條指令，而Intel的MMX單元能夠處理兩條指令。中國鐵道出版社2.2AMDK6CPU

中國鐵道出版社2.3AMDK6-2CPU

1998年4月AMD正式推出了K6－2CPU。這是首款采用“3DNow！”技術的微軟視窗操作系統(tǒng)兼容型X86微處理器。它采用了全新的硅晶體制造技術（C4倒裝），這是由IBM開發(fā)的技術，將硅晶精度提高到了0.25微米，將原來K6晶體面積的168mm2降到了現(xiàn)在的68mm2，同時晶體數(shù)量也增加了50萬個（達到930萬個）。此外，K6－2支持超標量MMX技術，支持100MHz總線頻率，這意味著系統(tǒng)與L2緩存和內存的傳輸率提高近50%，從而大大提高了整個系統(tǒng)的表現(xiàn)。中國鐵道出版社2.3AMDK6-2CPU

中國鐵道出版社2.3AMDK6-2CPU

3DNow!技術可提高三維圖形、多媒體、以及浮點運算密集的個人電腦應用程序的運算能力，使“逼真的運算平臺”成為現(xiàn)實。3DNOW!是一組共21條新指令，3DNOW!技術使三維圖形加速器可以全面發(fā)揮其性能。

3DNow！技術隨著K6-2的推出，立刻獲得游戲廠商、軟件廠商和圖形卡驅動程序的支持，成為一項重要的工業(yè)標準。K6-2的所有型號都內置了3DNow!指令集，這使得AMD公司的產品首次在某些程序應用中，在整數(shù)性能以及浮點運算性能都同時超越INTEL，讓INTEL感覺到了危機。不過和PentiumⅡ相比，K6-2仍然沒有集成二級緩存，因此盡管廣受好評，但始終沒有能在市場占有率上戰(zhàn)勝PentiumⅡ。中國鐵道出版社2.4AMDK6-ⅢCPU

1999年2月AMD推出了第一款將L2Cache整合到處理器芯片中的K6－IIICPU。K6-III是三層高速緩存結構設計，處理器核心內建有64K的第一級高速緩存及256K的第二層高速緩存，高速緩存與處理器同速運作，主機板上則配置有第三級高速緩存，其容量可達512KB～MB。

K6-III是AMD公司最后一款支持Super7架構和CPGA封裝形式的CPU。由于成本上和成品率方面的問題，K6-III處理器在臺式機市場上并不是很成功，因此它將逐漸從臺式機市場消失，轉進筆記本市場。中國鐵道出版社2.4AMDK6-ⅢCPU

中國鐵道出版社2.5AMDK7CPU

真正讓AMD揚眉吐氣的是Thunderbird(雷鳥，即K7)的Athlon處理器，它比Pentium4處理器提前半年面市。

Athlon采用的是SLOTA卡匣結構，從外觀上與Intel的SLOT1一樣。

Athlon具備超標量、超管線、多流水線的Risc核心，包含了三個解碼器，三個整數(shù)執(zhí)行單元，三個地址生成單元，三個多媒體單元(就是浮點運算單元)，Athlon可以在同一個時鐘周期同時執(zhí)行三條浮點指令，每個浮點單元都是一個完全的管道。由于K7強大的浮點單元，使AMD處理器在浮點上首次超過了Intel的處理器。

2000年3月，AMD率先推出了具有里程碑意義的1Ghz頻率的Athlon