CPU的发展历程

1、2021-7-12CPU的发展历程1 2021-7-12CPU的发展历程2 Intel 4004 1968 年年Intel公司成立，公司成立，1971年，年， Intel公司推出了世界上第一台微处公司推出了世界上第一台微处 理器理器4004，这便是第一个用于计算，这便是第一个用于计算 机的四位微处理器，机的四位微处理器， 它包含它包含2300个个 晶体管，晶体管，4004 主主 要要 用用 来来 处处 理理 算算 术术 运运 算，由于性能很差，其市场算，由于性能很差，其市场 反应十分不理想。反应十分不理想。 2021-7-12CPU的发展历程3 2021-7-12CPU的发展历程4 2021-

2、7-12CPU的发展历程5 随后，随后， 1974年年Intel公司又公司又 研制出了研制出了8080处理器、处理器、8085处理处理 器，加上当时器，加上当时Motorola公司的公司的 MC6800微处理器和微处理器和Zilog 公司公司 的的Z80微处理器，一起组成了八微处理器，一起组成了八 位微处理器的家族。位微处理器的家族。 Intel 8080 2021-7-12CPU的发展历程6 2021-7-12CPU的发展历程7 Intel 8086/8088 2021-7-12CPU的发展历程8 Intel 80286 2021-7-12CPU的发展历程9 Intel 80386 386D

3、X386DX是真正的是真正的3232位处理器，它位处理器，它 的数据总线和内部寄存器都是的数据总线和内部寄存器都是3232 位。它还可以配上位。它还可以配上8038780387数字协处数字协处 理器，以提高计算速度。理器，以提高计算速度。386386处理处理 器的主频有器的主频有1616、2020、2525、3333、 40MHz40MHz五种。除五种。除IntelIntel公司生产公司生产386386 芯片外，还有芯片外，还有AMD,CyrixAMD,Cyrix，IBMIBM等等 公司生产的。公司生产的。 2021-7-12CPU的发展历程10 2021-7-12CPU的发展历程11 804

4、86简称简称486，于，于1989年由年由 Intel公司首先出，集成了公司首先出，集成了120万个万个 晶体管。其时钟频率从晶体管。其时钟频率从25MHz逐步逐步 提高到提高到33MHz、50MHz。它也属于。它也属于 32位处理器。位处理器。80486是将是将80386和数和数 学协处理器学协处理器80387以及一个以及一个8KB的高的高 速缓存集成在一个芯片内。速缓存集成在一个芯片内。 Intel 80486 2021-7-12CPU的发展历程12 2021-7-12CPU的发展历程13 Pentium（奔腾）是（奔腾）是Intel公司公司 于于1993年推出的新一代微处理器，年推出的新

5、一代微处理器， 它集成了它集成了310万个晶体管。万个晶体管。Pentium 微处理器使用更高的时钟频率，最微处理器使用更高的时钟频率，最 初为初为60MHZ和和66MHZ，后提高到，后提高到 200MHZ。64位数据总线，位数据总线，16KB的的 高速缓存。奔腾高速缓存。奔腾CPU的出现进一步的出现进一步 加速了加速了CPU的更新速度，的更新速度，CPU厂商厂商 竞争愈加激烈。竞争愈加激烈。 Intel Pentium 2021-7-12CPU的发展历程14 Intel公司为了防止别的公司侵公司为了防止别的公司侵 权，就为新的权，就为新的CPU取了取了“Pentium” 的名字，而没有继续叫

6、做的名字，而没有继续叫做80586。 接着接着Intel推出使用推出使用MMX技术的技术的 Pentium MMX的多能奔腾。它增加的多能奔腾。它增加 了了57条多媒体指令，内部高速缓存条多媒体指令，内部高速缓存 增加到增加到32KB,最高频率是最高频率是233MHz。 MMX是是Multimedia Extension的缩的缩 写。写。 2021-7-12CPU的发展历程15 Cyrix 6x86、Cyrix Media GX 和和AMD K5和和Pentium是同一级别是同一级别 的的CPU；AMD-K6和和Cyrix 6x86 MMX属于属于Pentium MMX同一级别同一级别 的的C

7、PU。 2021-7-12CPU的发展历程16 2021-7-12CPU的发展历程17 2021-7-12CPU的发展历程18 2021-7-12CPU的发展历程19 PntiumII与以往的与以往的Pentium处处 理器使用了不同的封装方式，它将理器使用了不同的封装方式，它将 处 理 器 放 到 了 盒 中 。 而 且 采 用处 理 器 放 到 了 盒 中 。 而 且 采 用 SLOT 1模式的插座，模式的插座，SLOT1插座插座 看上去和扩展槽很象。看上去和扩展槽很象。 Intel Pentium II 2021-7-12CPU的发展历程20 该形式的封装结构为系统总线该形式的封装结构为

8、系统总线 与与L2高级缓存之间的接口提供了独高级缓存之间的接口提供了独 立的连接电路。然后再将处理器、立的连接电路。然后再将处理器、 高速缓存芯片，都放置在一个小型高速缓存芯片，都放置在一个小型 电路板上，电路板上，Intel将其称为将其称为SEC （Single Edge Contact单边接触）单边接触） 卡盒的电路板，用塑料封装后，就卡盒的电路板，用塑料封装后，就 是我们现在看到的是我们现在看到的Pentium II了。了。 2021-7-12CPU的发展历程21 2021-7-12CPU的发展历程22 Intel不断的推出新一代的处不断的推出新一代的处 理器，理器，AMD也紧追不舍，也

9、紧追不舍，AMD 推出了与推出了与Pentium II抗衡的处理抗衡的处理 器器AMD K6-2 3D NOW！。！。 AMD K6-2内含内含930万个晶体管，万个晶体管， 支持支持AGP，350MHz以上的外频以上的外频 高达高达100MHz。 AMD K6-2 2021-7-12CPU的发展历程23 这是一款带有这是一款带有3D加速指令加速指令 的的K6芯片。这种芯片。这种3D NOW!的技的技 术加强了术加强了CPU处理处理3D图像的能图像的能 力。力。K6-2内部集成了内部集成了64K的一级的一级 高速缓存，是高速缓存，是Pentium II的一倍，的一倍， 并且和并且和CPU同频率

10、。同频率。 2021-7-12CPU的发展历程24 3DNOW! 技术可提高三维技术可提高三维 图形、多媒体、以及浮点运算密图形、多媒体、以及浮点运算密 集的个人电脑应用程序的运算能集的个人电脑应用程序的运算能 力，使力，使逼真的运算平台逼真的运算平台成为成为 现实。现实。3DNOW!是一组共是一组共21条新条新 指令，指令，3DNOW!技术使三维图形技术使三维图形 加速器可以全面发挥其性能。加速器可以全面发挥其性能。 2021-7-12CPU的发展历程25 2021-7-12CPU的发展历程26 2021-7-12CPU的发展历程27 K7采用新的制造技术，同采用新的制造技术，同 时加强了整

11、数、浮点运算和多媒时加强了整数、浮点运算和多媒 体运算，彻底改变了浮点运算性体运算，彻底改变了浮点运算性 能 差 的 历 史 。能 差 的 历 史 。 K 7 的 结 构 和的 结 构 和 Pentium II十分的象，它采用的十分的象，它采用的 是是SLOT A卡匣结构，从外观上卡匣结构，从外观上 与与 Intel 的的SLOT 1一样。一样。 AMD K7 2021-7-12CPU的发展历程28 2021-7-12CPU的发展历程29 早期的早期的Pentium III采用了与采用了与 Pentium II 相同的相同的SLOT1结构，具结构，具 有有100MHz的外频，其内部集成了的外频

12、，其内部集成了 64K的一级缓存，的一级缓存，512K的二级缓存的二级缓存 仍然安装在仍然安装在SLOT1的卡盒内，工作的卡盒内，工作 频率是频率是CPU的一半。不过仍提供了的一半。不过仍提供了 比比PentiumII更强劲的性能，这主要更强劲的性能，这主要 表现在其新增加了表现在其新增加了KNI指令集。指令集。 Intel Pentium III 2021-7-12CPU的发展历程30 KNI指令集中提供了指令集中提供了70条全新条全新 的指令，可以大大提高的指令，可以大大提高3D运算、动运算、动 画片、影像、音效等功能，增强了画片、影像、音效等功能，增强了 视频处理和语音识别的功能。这套视

13、频处理和语音识别的功能。这套 指令集主要为浏览指令集主要为浏览WWW网页设计网页设计 的。的。 为了降低制造成本，为了降低制造成本，INTEL后后 来又推出了来又推出了Socket 370插槽的插槽的PIII。 2021-7-12CPU的发展历程31 2021-7-12CPU的发展历程32 为了与为了与Intel的的Pentium相抗衡，相抗衡， AMD推出了推出了Athlon，其第，其第1代为代为 Risc核心，具备超标量、超管线、核心，具备超标量、超管线、 多流水线，采用多流水线，采用0.25微米工艺，集微米工艺，集 成成2,200万个晶体管，使万个晶体管，使AMD处理处理 器在浮点上首次

14、超过了器在浮点上首次超过了Intel当时的当时的 处理器。处理器。Athlon的封装和外观跟的封装和外观跟 Pentium 相似，采用的是相似，采用的是Slot A接接 口规格。口规格。 AMD Athlon系列系列 2021-7-12CPU的发展历程33 2021-7-12CPU的发展历程34 在在2000年中年中AMD又发布了第二又发布了第二 个个Athlon核心核心Tunderbird，这，这 个核心的个核心的Athlon有以下的改进，首有以下的改进，首 先是制造工艺改进为先是制造工艺改进为0.18微米，其微米，其 次是安装界面改为了次是安装界面改为了SocketA，这，这 是一种类似于

15、是一种类似于Socket370，但针脚数，但针脚数 为为462的安装接口。最后是二级缓的安装接口。最后是二级缓 存改为存改为256KB，但速度和，但速度和CPU同步，同步， 与与Coppermine核心的奔腾核心的奔腾III一样。一样。 2021-7-12CPU的发展历程35 2021-7-12CPU的发展历程36 Pentium IV采用了全新的设计，采用了全新的设计， 起跳频率为起跳频率为1.4GHz，新增了，新增了SSE2 多媒体加速扩展指令集，并基于全多媒体加速扩展指令集，并基于全 新的新的Socket 423接口和接口和Socket 478接接 口。口。 Intel Pentium

16、IV 2021-7-12CPU的发展历程37 2021-7-12CPU的发展历程38 Pentium这个品牌是高档的代这个品牌是高档的代 名词，但是低端市场的钱还是要赚名词，但是低端市场的钱还是要赚 的，所以的，所以Intel对高档的对高档的Pentium系系 列列CPU进行了改造，去掉了一部分进行了改造，去掉了一部分 功能，推出了性能较差价格较低的功能，推出了性能较差价格较低的 Celeron系列系列CPU来主攻低端市场，来主攻低端市场， 我们俗称其为我们俗称其为“赛扬赛扬”，由于名称，由于名称 以以C打头，又按规格不同被称之为打头，又按规格不同被称之为 “C1”、“C2”、“C3”等。等。

17、 Intel Celeron 2021-7-12CPU的发展历程39 2021-7-12CPU的发展历程40 2021-7-12CPU的发展历程41 随着随着Pentium4的发布，的发布，Tunderbird 开始在频率上落后于对手，为此，开始在频率上落后于对手，为此， AMD又发布了第三个又发布了第三个Athlon核心核心 Palomino，并且采用了新的频率标称，并且采用了新的频率标称 制度，从此制度，从此Athlon型号上的数字并不代型号上的数字并不代 表实际频率，而是根据一个公式换算表实际频率，而是根据一个公式换算 相当于竞争对手（也就是相当于竞争对手（也就是Intel）产品）产品

18、性能的频率，名字也改为性能的频率，名字也改为AthlonXP。 AMD AthlonXP 2021-7-12CPU的发展历程42 2021-7-12CPU的发展历程43 AMD的的Duron处理器主要面对处理器主要面对 低端处理器市场，针对的竞争对手低端处理器市场，针对的竞争对手 就是就是Intel推出的同档处理器产品推出的同档处理器产品 Celeron处理器。处理器。 AMD Duron 2021-7-12CPU的发展历程44 Duron处理器内核的大部分设处理器内核的大部分设 计源自于计源自于Athlon处理器，内核集成处理器，内核集成 了全速了全速64KB的一级数据缓存和的一级数据缓存和

19、 64KB的一级指令缓存，二者构成了的一级指令缓存，二者构成了 Duron处理器处理器128KB一级缓存，这一级缓存，这 与与Athlon产品是一样的，而二级缓产品是一样的，而二级缓 存只有存只有64KB。Duron的性能可以达的性能可以达 到同频到同频Athlon处理器的处理器的85%以上，以上， 远远强于赛扬处理器。远远强于赛扬处理器。 2021-7-12CPU的发展历程45 2021-7-12CPU的发展历程46 2021-7-12CPU的发展历程47 经常有人说：经常有人说：“这个这个CPU的频的频 率是多少多少率是多少多少.”，其实这个泛指，其实这个泛指 的频率是指的频率是指CPU的

20、主频，主频也就的主频，主频也就 是是CPU的时钟频率，英文全称：的时钟频率，英文全称： CPU Clock Speed，简单地说也就，简单地说也就 是是CPU运算时的工作频率。运算时的工作频率。 2021-7-12CPU的发展历程48 一般说来，主频越高，一个时钟周一般说来，主频越高，一个时钟周 期里面完成的指令数也越多，当然期里面完成的指令数也越多，当然CPU 的速度也就越快了。不过由于各种各样的速度也就越快了。不过由于各种各样 的的CPU它们的内部结构也不尽相同，所它们的内部结构也不尽相同，所 以并非所有的时钟频率相同的以并非所有的时钟频率相同的CPU的性的性 能都一样。至于外频就是系统总

21、线的工能都一样。至于外频就是系统总线的工 作频率；作频率；具体是指具体是指CPUCPU到芯片组之间的到芯片组之间的 总线速度总线速度而倍频则是指而倍频则是指CPU外频与主频外频与主频 相差的倍数。三者是有十分密切的关系相差的倍数。三者是有十分密切的关系 的：主频的：主频=外频外频倍频。倍频。 2021-7-12CPU的发展历程49 2 2、缓存、缓存：（：（CacheCache），），CPUCPU进行进行 处理的数据信息多是从内存中调取处理的数据信息多是从内存中调取 的，但的，但CPUCPU的运算速度要比内存快得的运算速度要比内存快得 多，为此在此传输过程中放置一存多，为此在此传输过程中放置一

22、存 储器，存储储器，存储CPUCPU经常使用的数据和指经常使用的数据和指 令。这样可以提高数据传输速度。令。这样可以提高数据传输速度。 可分一级缓存和二级缓存。可分一级缓存和二级缓存。 2021-7-12CPU的发展历程50 也就是我们经常说的一级高速也就是我们经常说的一级高速 缓存。在缓存。在CPU里面内置了高速缓存里面内置了高速缓存 可以提高可以提高CPU的运行效率，内置的的运行效率，内置的 L1高速缓存的容量和结构对高速缓存的容量和结构对CPU的的 性能影响较大，容量越大，性能也性能影响较大，容量越大，性能也 相对会提高不少，所以这也正是相对会提高不少，所以这也正是 CPU制造商力争加大

23、制造商力争加大L1级高速缓冲级高速缓冲 存储器容量的原因。存储器容量的原因。 2021-7-12CPU的发展历程51 不过高速缓冲存储器均由静态不过高速缓冲存储器均由静态 RAM组成，结构较复杂，在组成，结构较复杂，在CPU管管 芯面积不能太大的情况下，芯面积不能太大的情况下，L1级高级高 速缓存的容量不可能做得太大。速缓存的容量不可能做得太大。 2021-7-12CPU的发展历程52 n即即L2 Cache。由于。由于L1级高速缓存容量级高速缓存容量 的限制，为了再次提高的限制，为了再次提高CPU的运算速的运算速 度，在度，在CPU外部放置一高速存储器，外部放置一高速存储器， 即二级缓存。工

24、作主频比较灵活，可即二级缓存。工作主频比较灵活，可 与与CPU同频，也可不同。同频，也可不同。CPU在读取在读取 数据时，先在数据时，先在L1中寻找，再从中寻找，再从L2寻找，寻找， 然后是内存，在后是外存储器。所以然后是内存，在后是外存储器。所以 L2对系统的影响也不容忽视对系统的影响也不容忽视 。 2021-7-12CPU的发展历程53 CPU处理的数据是从主存储器处理的数据是从主存储器 那里来的，而主存储器指的就是我那里来的，而主存储器指的就是我 们平常所说的内存了。一般我们放们平常所说的内存了。一般我们放 在外存（磁盘或者各种存储介质）在外存（磁盘或者各种存储介质） 上面的资料都要通过

25、内存，再进入上面的资料都要通过内存，再进入 CPU进行处理的。进行处理的。 2021-7-12CPU的发展历程54 所以与内存之间的通道所以与内存之间的通道内内 存总线的速度对整个系统性能就显存总线的速度对整个系统性能就显 得很重要了，由于内存的速度要比得很重要了，由于内存的速度要比 和和CPU的运行速度慢，因此便出现的运行速度慢，因此便出现 了二级缓存，来弥补普通内存的慢了二级缓存，来弥补普通内存的慢 速度，而内存总线速度就是指速度，而内存总线速度就是指CPU 与二级与二级(L2)高速缓存和内存之间的高速缓存和内存之间的 传输速度。传输速度。 2021-7-12CPU的发展历程55 扩展总线

26、指的就是指安装在微扩展总线指的就是指安装在微 机系统上的局部总线如机系统上的局部总线如ISA、PCI、 AGP总线，我们打开电脑的时候会总线，我们打开电脑的时候会 看见一些插槽般的东西，这些就是看见一些插槽般的东西，这些就是 扩展槽，而扩展总线就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系联系 这些外部设备的桥梁。这些外部设备的桥梁。 2021-7-12CPU的发展历程56 地址总线宽度决定了地址总线宽度决定了CPU可以可以 访问的物理地址空间，简单地说就访问的物理地址空间，简单地说就 是是CPU到底能够使用多大容量的内到底能够使用多大容量的内 存。对于存。对于386以上的微机系统，地以上的微机系统，地

27、 址线的宽度为址线的宽度为32位，最多可以直接位，最多可以直接 访问访问4096MB(4GB)的物理空间。的物理空间。 2021-7-12CPU的发展历程57 数据总线负责整个系统的数据数据总线负责整个系统的数据 流量的大小，而数据总线宽度则决流量的大小，而数据总线宽度则决 定了定了CPU与二级高速缓存、内存以与二级高速缓存、内存以 及输入及输入/输出设备之间一次数据传输输出设备之间一次数据传输 的信息量。的信息量。 386、486为为32位位(bit)， Pentium以上以上CPU的数据总线宽度的数据总线宽度 为为23264位，一般称为准位，一般称为准64位。位。 2021-7-12CPU

28、的发展历程58 任何电器在工作的时候都需要任何电器在工作的时候都需要 电，自然也会有额定的电压，电，自然也会有额定的电压，CPU 当然也不例外了，工作电压指的也当然也不例外了，工作电压指的也 就是就是CPU正常工作所需的电压。正常工作所需的电压。 2021-7-12CPU的发展历程59 早期早期CPU（286486时代）的时代）的 工作电压一般为工作电压一般为5V，那是因为当时，那是因为当时 的制造工艺相对落后，以致于的制造工艺相对落后，以致于CPU 的发热量太大，弄得寿命减短。随的发热量太大，弄得寿命减短。随 着着CPU的制造工艺与主频的提高，的制造工艺与主频的提高， 近年来各种近年来各种C

29、PU的工作电压有逐步的工作电压有逐步 下降的趋势，以解决发热过高的问下降的趋势，以解决发热过高的问 题。题。 2021-7-12CPU的发展历程60 Pentium的制造工艺是的制造工艺是0.35微米，微米， Pentium II和和Celeron的制造工艺为的制造工艺为 0.25微米，微米， Pentium III的制造工艺的制造工艺 是是0.18微米，而最新的微米，而最新的Pentium IV 则高达则高达0.13微米。微米。 2021-7-12CPU的发展历程61 位：计算位：计算机的运算单位，在数字运算中机的运算单位，在数字运算中 采用二进制，采用二进制，00和和11，在，在CPUCP

30、U中都是中都是 一位。一位。 字节：通常将可表示常用英文字符字节：通常将可表示常用英文字符8 8位位 二进制称为一字节。二进制称为一字节。 字长：在同一时间中处理二进制数的位字长：在同一时间中处理二进制数的位 数叫字长。通常称处理字长为数叫字长。通常称处理字长为8 8位数据位数据 的的CPUCPU叫叫8 8位位CPUCPU，3232位位CPUCPU就是在同就是在同 一时间内处理字长为一时间内处理字长为3232位的二进制数据。位的二进制数据。 2021-7-12CPU的发展历程62 2021-7-12CPU的发展历程63 2021-7-12CPU的发展历程64 1看外观看外观 (1) 原装原装C