第二讲中央处理器演示文稿

第二讲中央处理器演示文稿本文档共61页；当前第1页；编辑于星期六\11点15分（优选）第二讲中央处理器本文档共61页；当前第2页；编辑于星期六\11点15分第二代CPU（1978~1979）

代表CPU：intel8086、8088

（8086）

英特尔公司1978年推出的这款8086处理器，它是第一块16位微处理器，最高主频为8MHz，内存寻址能力为1MB。同时英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些专门用于数学计算的指令，人们将这些指令集统一称为x86指令集,它的诞生却奠定了以后CPU发展的基础。

本文档共61页；当前第3页；编辑于星期六\11点15分（8088）

1979年，英特尔公司再接再厉，又开发出了8088。8088集成了约29000个晶体管，采用40针的DIP封装，最高频率为8MHz。1981年IBM公司将8088芯片首先用于其研制的PC机中，标志着PC真正走进了人们的工作生活之中，PC（个人电脑）的概念开始在全世界范围内发展起来，本文档共61页；当前第4页；编辑于星期六\11点15分第三代CPU（1979~1985）

代表CPU：Intel80286

（286）

1982年，英特尔公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器，IBM公司将80286微处理器首先用在AT机中，引起了业界了极大的轰动。80286采用PGA封装，集成了大约130000个晶体管，最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为16MB。本文档共61页；当前第5页；编辑于星期六\11点15分第四代CPU（1985~1993）

代表CPU：intel80386DX、80486

（386）

1985年10月，intel推出了386DX，内部和外部数据总线是32位，地址总线为32位，可以寻址4GB内存，管理64TB的虚拟存储空间，并且有比80286更多的指令。本文档共61页；当前第6页；编辑于星期六\11点15分（486）

1989年，英特尔乘胜追击推出486芯片，频率从25MHz逐步提高到50MHz。在当时，486所采用的技术是最先进的，性能比80386DX提高了近4倍。在intel推出486的同时，也都发布了自己的同性能CPU，其中以TI486DX、Cyrix486DLC和AMD5x86为代表。

在intel发布386的时候，同时也有其他的几家CPU制造商也推出了类似的产品，比如Motorola68000、AMDAm386SX/DX和IBM386SLC。本文档共61页；当前第7页；编辑于星期六\11点15分第五代CPU（1993~1999）

代表CPU：IntelPentium/Pentium2/Celeron

AMDK5/K6

（Pentium）(PentiumMMX)（Pentium2）（Celeron）本文档共61页；当前第8页；编辑于星期六\11点15分（K5）（K6）

1993年，intel的Pentium(奔腾)CPU面世，这一全面超越486的性能优良的产品为intel赢得了巨大的声誉，Intelinside深入人心，同时也把其他竞争对手甩在了后面，一举奠定了市场的霸主的地位。

97年中PentiumII和AMDK6上市，AMD在1997年推出了拥有全新的MMX指令，整体性能要优于奔腾MMX，接近同主频PⅡ的水平K6。

Intel的Pentium2采用0.25微米工艺制造，最高频率为400MHZ。但是因为转用了Slot1架构，所以很多消费者并买帐。98年，AMD的K6-2乘机而入，凭借低廉的价格一度占得近30％的市场份额。本文档共61页；当前第9页；编辑于星期六\11点15分第六代CPU(1999~2001)

代表CPU：IntelPentium3、AMDAthlon

（Pentium3）（Athlon）

99年伊始，intel发布采用Katmai核心的Pentium3CPU，该CPU的系统总线频率为100MHz，起始主频为450MHz，内部集成950万个晶体管，采用Slot1架构。

AMD方面，为了抵抗来势汹汹的P3，AMD于99年6月推出了具有重大意义的K7微处理器，并将其正式命名为Athlon。K7也不负众望，在时钟频率上率先进入到了G时代，给intel带来了很大的压力，自此，CPU市场真正步入intel、AMD两强争霸的时代。本文档共61页；当前第10页；编辑于星期六\11点15分第七代CPU（2000~2003）

代表CPU：intelPentium4/Celeron4

AMDAthlonxp/Duron

(Pentium4)(Celeron4)2000年，intel发布Pentium4处理器。开始时，推出423接口的Willamette核心P4，搭配RDRAM，价格太高，市场反应冷淡；于是又改成NORTHWOOD核心478接口的P4；再后来为了提升频率，intel又将核心改换为Prescott核心，接口也换为LGA775，频率达到4G，但是发热量也高的惊人。在低端市场，intel则一律把CPU的二级缓存消减3/4，从512K到128K（后期的Prescott核心赛扬为256K），使性能大大削弱。

本文档共61页；当前第11页；编辑于星期六\11点15分(Duron)(Athlonxp)

AMD公司则在2000年6月份推出了Athlonxp处理器，再次向英特尔发出了挑战，并在DIY市场取得重大成功，可以这么说，在进入到Pentium4时代以来，在AMD的紧逼下，intel感到了前所未有的危机，这也为AMD后来的K8处理器打下了一个坚实的基础。

本文档共61页；当前第12页；编辑于星期六\11点15分第八代CPU（2003~2005）

代表CPU：AMDAthlon64

2003年，AMD公司推出了他们寄予厚望的K8处理器，并且继Athlon率先进入G时代以来，又一次走在了intel的前面，引领了CPU的发展方向，而intel也适时地推出了自己的64位处理器以抗衡意气风发的Athlon64。

(Athlon64)本文档共61页；当前第13页；编辑于星期六\11点15分第九代CPU（2005~2007）

代表CPU:IntelPentiumD

AMDAthlon64X2

在2005年以前，主频一直是两大处理器巨头Intel和AMD争相追逐的焦点。但随着主频的不断提升，也带来了处理器巨大的发热量，同时，单纯主频的提升已经无法为系统整体性能的提升带来明显的变化。在这种情况下，Intel和AMD都不约而同地将投向了多核心的发展方向。2005年5月，Intel发布了奔腾D双核处理器。AMD也紧缩其后发布了双核产品Athlon64X2。本文档共61页；当前第14页；编辑于星期六\11点15分第十代CPU（2006~至今）

代表CPU：IntelCore2DuoCorei7

AMDPhenomPhenomII

2006年7月27日，Intel全球同步正式发布了代号Conroe和Merom的新一代台式机和笔记本处理器，包括Core2Duo和Core2Extreme两个品牌，处理器中文名“酷睿2双核”和“酷睿2至尊版”。2008年11月18日，intelCorei7四核处理器在中国隆重发布并开始上市。2007年11月20日，AMD正式发布Phenom处理器（羿龙），采用的是真四核设计，其后又推出三核产品。2009年1月8日,AMD正式发布采用45nm新工艺的第二代Phenom处理器。2011年1月，Intel发布第2代Corei系列发布，CPU与显卡第一次真正融合，开创了PC历史上的先河，AMD新品尚未发布。本文档共61页；当前第15页；编辑于星期六\11点15分目前销售市场格局

2000元市场Intel独占

1000-1500元市场PhenomIIX6/X4夹击Corei5500-800元市场AthlonIIX3/X4对抗Corei3

入门市场AthlonIIX2对Pentium本文档共61页；当前第16页；编辑于星期六\11点15分我国的CPU发展历程

2002年9月28日龙芯1号诞生，龙芯1号CPU是神州龙芯公司推出的兼顾通用及嵌入式CPU特点的新一代32位CPU，是以中国科学院计算技术研究所研制的通用CPU为核心，由神州龙芯公司拥有知识产权。标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零”的突破。龙芯1号本文档共61页；当前第17页；编辑于星期六\11点15分

龙芯1号CPU采用0.18um工艺制造，具有良好的低功耗特性，平均功耗0.4瓦特，最大功耗不超过1瓦特。因此，龙芯1号CPU可以在大量的嵌入式领域应用。龙芯系列微处理器可广泛应用于工业控制、信息家电、通讯、网络设备、PDA、网络终端、存储服务器、安全服务器等产品上。

龙芯1号CPU支持最新版本的Linux、VxWork，WindowsCE等操作系统。

本文档共61页；当前第18页；编辑于星期六\11点15分龙芯2号

2005年4月18号，承载着国人梦想的龙芯(Godson)2号面世了。龙芯2号是一枚64位CPU，二级高速缓存最多达8MB，频率最高为500MHz，功耗3-5瓦。由于龙芯2号采用了许多新技术，所以尽管龙芯的频率低了些，但整体效率却仍达到了Pentium3的水平。支持六十四位Linux操作系统和X-window视窗系统，但不支持微软的Windows操作平台。本文档共61页；当前第19页；编辑于星期六\11点15分龙芯2E处理器

2006年9月13日，龙芯2E研制成功，性能达到了中档奔腾4处理器的水平。龙芯2E采用90纳米生产工艺，包含4700万个晶体管、面积约两个拇指盖大小、最高主频达到1.0GHZ，功耗在3至8瓦范围内。

本文档共61页；当前第20页；编辑于星期六\11点15分龙芯计算机

工作人员在第一台龙芯2E样机上进行演示。

本文档共61页；当前第21页；编辑于星期六\11点15分2007年7月龙芯2F系统芯片底流片成功，根据与计算所签订的有偿授权协议，意法半导体公司已启动百万片量级的龙芯2F大规模生产。龙芯2F性能相当于英特尔中档奔腾4芯片，内置DDR2控制器。其功耗只有3-5瓦，相当于奔腾4的十分之一。本文档共61页；当前第22页；编辑于星期六\11点15分8.9英寸的Jisus便携式笔记本

国产龙芯2F电脑本文档共61页；当前第23页；编辑于星期六\11点15分灵珑电脑一体机（龙芯2F）组建的多媒体教室本文档共61页；当前第24页；编辑于星期六\11点15分

2008年4月龙芯三号研制正式启动，首个龙芯三号产品将为四核。

2009年9月龙芯三号四核芯片流片成功。

2010年4月中国首台采用国产高性能通用处理器芯片“龙芯3A”的万亿次高性能计算机“KD-60”由中国科学技术大学和深圳大学联合研制成功。

龙芯3A的工作频率为900MHz～1GHz，频率为1GHz，生产工艺65纳米，晶体管数目达4.25亿个，集成两个DDR2/3内存控制器，引脚数为1121个，功耗小于15瓦。

本文档共61页；当前第25页；编辑于星期六\11点15分

2010年9月龙芯3A完成首批量产，龙芯2G也已流片成功。

龙芯3B正在研制中，它采用65nmCMOS工艺，具有8个核心，主频仍为1GHz,集成两个DDR3内存控制器，共包含5.83亿个晶体管，功耗为40W.

龙芯3B将会在2012年用于曙光6000超级计算机。本文档共61页；当前第26页；编辑于星期六\11点15分二、CPU的性能指标

1、主频主频也叫时钟频率，基本单位是Hz，表示CPU内数字脉冲信号震荡的速度，是衡量CPU运算速度的重要指标，但并不直接代表运算速度，如早期的奔腾4处理器。CPU的主频＝外频×倍频系数。

2、外频外频是主板为CPU提供的基准时钟频率，单位是MHz，它是CPU与主板之间同步运行的速度，不同的CPU往往具有不同的外频。

3、倍频系数倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高的CPU，主频也越高，性能也越高。但实际上，在相同外频的前提下，过高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应。本文档共61页；当前第27页；编辑于星期六\11点15分

4、前端总线工作频率前端总线（FSB）是CPU与主板北桥芯片或内存控制器之间的数据通道，是CPU和外界交换数据的通道，其工作频率高低直接影响CPU访问内存的速度，对计算机整体性能影响很大。常见的有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz等几种。主板前端总线的工作频率是计算机硬件配置的重要参考指标。5、制造工艺（生产工艺）指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用微米表示。微米值越小制作工艺越先进，集成的晶体管就可以更多，CPU可以达到的频率越高。目前Intel和AMD都已经普遍应用0.065微米的制造工艺，0.045微米的制作工艺也开始应用。本文档共61页；当前第28页；编辑于星期六\11点15分

6、CPU工作电压CPU的工作电压的大小是根据CPU的制造工艺而定，一般制作工艺越高，工作电压越低。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。7、高速缓存高速缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，速度很快。L1Cache一级缓存是CPU第一层高速缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般L1缓存的容量通常在32～256KB.L2Cache二级缓存是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在CPU的L2高速缓存可高达1MB-4MB。

本文档共61页；当前第29页；编辑于星期六\11点15分

8、地址总线与数据总线宽度地址总线宽度决定了CPU可以访问的最大物理地址空间，即最大内存。如宽度为64位，最大空间为2的64次方位。数据总线负责整个系统数据流量的大小，宽度决定了CPU与其他设备一次传输数据的信息量。

9、超线程技术HyperThreading超线程技术是指使用一颗CPU的资源来同时执行多个程序的技术，理论上就像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程。虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正的CPU那样，每个CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。

10、字长电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。当前的主流CPU都是64位的CPU，但是字长的最佳是CPU发展的一个趋势。本文档共61页；当前第30页；编辑于星期六\11点15分

11、流水线技术●流水线(pipeline)在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，以提高CPU的运算速度。●超流水线(superpiplined)是指某型CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentiumpro的流水线就长达14步。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。12、指令集●X86指令集是Intel为其第一块16位CPUi8086专门开发的指令集，同时为提高电脑的浮点数据处理能力又增加的数学协处理器则另外使用X87指令，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。●CPU扩展指令集指的是CPU增加的多媒体或者是3D图形处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力。著名的有MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3、SSE4、和3DNow!指令集等。

本文档共61页；当前第31页；编辑于星期六\11点15分

13、核心类型核心又称为内核（Die），是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，高速缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。14、双核和多核处理器技术双核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。换句话说，将两个物理处理器核心整合入一个核中。因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的指令数总量将增加一倍。本文档共61页；当前第32页；编辑于星期六\11点15分

15、64位技术目前主流ＣＰＵ使用的６４位技术主要有ＡＭＤ公司的Ｘ８６－６４位技术、Ｉｎｔｅｌ公司的ＥＭ６４Ｔ技术、和Ｉｎｔｅｌ公司的ＩＡ－６４技术。其中ＩＡ－６４是Ｉｎｔｅｌ独立开发的“纯６４位”技术，不兼容现在的传统的３２位计算机，一般用户不会涉及到.●X86-64技术的实现原理是在原始的32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集，使处理器在硬件上兼容原来的32位X86软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算，且具有64位的寻址能力，使得这款处理器成为32位/64位兼容X86芯片。●EM64T全称ExtendedMemory64Technology，即64位内存扩展技术。通过增加CPU的运算位宽来增加CPU和内存之间的位宽，从而让系统支持更大容量的内存（32bit处理器最多只能支持内存容量只有4GB，而64bit的最高则达64GB）。Intel在原来32bit处理器核心的基础上加入了8个64bitGPRs（通用寄存器）和内存指针（memorypointers），从而实现了64bit内存寻址。

本文档共61页；当前第33页；编辑于星期六\11点15分三、CPU的封装技术和接口类型

所谓封装就是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。本文档共61页；当前第34页；编辑于星期六\11点15分

DIP封装（DualIn-linePackage），也叫双列直插式封装技术，指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。

一）常见的CPU封装技术本文档共61页；当前第35页；编辑于星期六\11点15分QFP（PlasticQuadFlatPackage）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路往往采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。

PFP（PlasticFlatPackage）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。

本文档共61页；当前第36页；编辑于星期六\11点15分PGA(PinGridArray)引脚网格阵列封装

PGA封装也叫插针网格阵列封装（CeramicPinGridArrauPackage），目前许多CPU采用PGA封装，在芯片下方围着多层方阵形的插针，根据管脚数目的多少，可以围成多圈。它的引脚看上去呈针状，是用插件的方式和电路板相结合。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。

本文档共61页；当前第37页；编辑于星期六\11点15分S．E．E．C．（单边接插卡盒）封装

：SEEC是SingleEdgeContactCartridge缩写，是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。它不使用针脚，而是使用“金-手指”触点，处理器使用这些触点来传递信号。

本文档共61页；当前第38页；编辑于星期六\11点15分BGA技术（BallGridArrayPackage）即球栅阵列封装技术。该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大,组装成品率大大提高。该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。本文档共61页；当前第39页；编辑于星期六\11点15分

PLGA是PlasticLandGridArray的缩写，即塑料焊盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚，而是使用了细小的点式接口，所以PLGA封装明显比以前的FC-PGA2等封装具有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本，可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。

本文档共61页；当前第40页；编辑于星期六\11点15分二）CPU接口类型AMD939接口

AMDAM2接口

AMDAM2接口IntelLGA775接口

本文档共61页；当前第41页；编辑于星期六\11点15分四、主流CPU简介一）Intel系列1、CPU正面标识本文档共61页；当前第42页；编辑于星期六\11点15分2、CPU命名规则3、目前市场主流CPU型号本文档共61页；当前第43页；编辑于星期六\11点15分本文档共61页；当前第44页；编辑于星期六\11点15分本文档共61页；当前第45页；编辑于星期六\11点15分二）AMD系列1、CPU正面标识本文档共61页；当前第46页；编辑于星期六\11点15分2、CPU命名规则3、目前市场主流CPU型号本文档共61页；当前第47页；编辑于星期六\11点15分本文档共61页；当前第48页；编辑于星期六\11点15分本文档共61页；当前第49页；编辑于星期六\11点15分三）VIA(威盛)CPU

1999年6月，台湾威盛电子分别从美商国家半导体（NS）以及IDT公司买下了Cyrix与Centaur（从IDT）微处理器设计团队，正式跨入了个人计算机运算核心─CPU的研发领域。

本文档共61页；当前第50页；编辑于星期六\11点15分五、CPU的选购和安装

一）CPU的选用选用原则适用+高性价比

1.按微机的用途来选用CPU专业图形图像处理需要选购高性能的CPU。广告设计、工程绘图、3D游戏等都需要高性能的CPU。文字处理与数据库管理选择低中档产品，一般都拥有很高的性价比。家庭应用

2.考虑微机的总体性能均衡性

3、性价比

本文档共61页；当前第51页；编辑于星期六\11点15分二）

CPU防假

造假方式※Remark

用低主频的CPU冒充高主频的CPU，然后重新贴上新的标签来高价出售。※用散装CPU冒充盒装CPU出售

市场上销售的CPU有盒