CPU百科知识大全

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（CPU）百科知识大全

CPU的概念与重要性能指标

CPU的英文全称是CentralProcessingUnit，我们翻译成中文也就是中央处理器。

第一、主频，倍频，外频。经常听别人说：“这个CPU的频率是多少多少。。。。”其实这个泛指的频率是指CPU的主频，主频也就是CPU的（时钟）频率，英文全称：CPUClockSpeed，简单地说也就是CPU运算时的工作频率。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CPU的速度也就越快了。不过由于各种各样的CPU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CPU的性能都一样。至于外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者是有十分密切的关系的：主频=外频x倍频。

第二：内存总线速度，英文全称是Memory-BusSpeed。CPU处理的数据是从哪里来的呢？学过一点（计算机）基本原理的朋友们都会清楚，是从主（存储器）那里来的，而主存储器指的就是我们平常所说的内存了。一般我们放在外存（磁盘或者各种存储介质）上面的（资料）都要通过内存，再进入CPU进行处理的。所以与内存之间的通道棗内存总线的速度对整个系统性能就显得很重要了，由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异，因此便出现了二级缓存，来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。

第三、扩展总线速度，英文全称是Expansion-BusSpeed。扩展总线指的就是指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。

第四：工作电压，英文全称是：SupplyVoltage。任何电器在工作的时候都需要电，自然也会有额定的电压，CPU当然也不例外了，工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU（286-486时代）的工作电压一般为5V，那是因为当时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。随着CPU的制造工艺与主频的提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。

第五：地址总线宽度。地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。16位的微机我们就不用说了，但是对于386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB（4GB）的物理空间。而今天能够用上1GB内存的人还没有多少个呢（服务器除外）。

第六：数据总线宽度。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定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

第七：协处理器。在486以前的CPU里面，是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能就是负责浮点运算，因此386、286、8088等等微机CPU的浮点运算性能都相当落后，相信接触过386的朋友都知道主板上可以另外加一个外置协处理器，其目的就是为了增强浮点运算的功能。自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的（软件）系统，如高版本的AUTOCAD就需要协处理器支持。

第八：超标量。超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的，只有Pen（TI）um级以上CPU才具有这种超标量结构；486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。

第九：L1高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率，这也正是486DLC比386DX-40快的原因。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，容量越大，性能也相对会提高不少，所以这也正是一些公司力争加大L1级高速缓冲存储器容量的原因。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。

第十：采用回写(Wri（te）Back)结构的高速缓存。它对读和写操作均有效，速度较快。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存，仅对读操作有效.

第十一：动态处理。动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，创造性地把三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。动态处理并不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。动态处理包括了棗1、多路分流预测：通过几个分支对程序流向进行预测，采用多路分流预测算法后，处理器便可参与指令流向的跳转。它预测下一条指令在内存中位置的精确度可以达到惊人的90%以上。这是因为处理器在取指令时,还会在程序中寻找未来要执行的指令。这个技术可加速向处理器传送任务。2、数据流量分析：抛开原程序的顺序，分析并重排指令，优化执行顺序：处理器读取经过解码的软件指令，判断该指令能否处理或是否需与其它指令一道处理。然后，处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令。3、猜测执行：通过提前判读并执行有可能需要的程序指令的方式提高执行速度：当处理器执行指令时(每次五条)，采用的是“猜测执行”的方法。这样可使奔腾II处理器超级处理能力得到充分的发挥，从而提升软件性能。被处理的软件指令是建立在猜测分支基础之上，因此结果也就作为“预测结果”保留起来。一旦其最终状态能被确定，指令便可返回到其正常顺序并保持永久的机器状态。

前言

CPU是CentralProcessingUnit－－中央处理器的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成，如果把计算机比作一个人，那么CPU就是他的心脏，其重要作用由此可见一斑。不管什么样的CPU，其内部结构归纳起来可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，便可以进行分析，判断、运算并控制计算机各部分协调工作。那么到底CPU是怎么回事，它的过去、现在和将来会是什么样子的呢？下面就让各位随我一起去看看吧！

第一章（历史）篇

CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

1971年，早期的（Intel）公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是第一个用于计算机的四位微处理器，它包含2300个（晶体管），由于性能很差，其市场反应十分不理想。

随后，Intel公司又研制出了8080处理器、8085处理器，加上当时Motorola公司的MC6800微处理器和Zilog公司的Z80微处理器，一起组成了八位微处理器的家族。

十六位微处理器的典型产品是Intel公司的8086微处理器，以及同时生产出的数学协处理器，即8087。这两种芯片使用互相兼容的指令集，但在8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算指令，由于这些指令应用与8086和8087，因此被人们统称为X86指令集。此后Intel推出的新一代的CPU产品，均兼容原来的X86指令。

1979年Intel推出了8088芯片，它仍是十六位微处理器，内含29000个（晶体）管，时钟频率为4.77MHz，地址总线为20位，可以使用1MB内存。8088的内部数据总线是16位，外部数据总线是8位。1981年，8088芯片被首次用于IBMPC机当中，如果说8080处理器还不为各位所熟知的话，那么8088则可以说是家喻户晓了，个人电脑――PC机的第一代CPU便是从它开始的。1982年的80286芯片虽然是16位芯片，但是其内部已包含13.4万个晶体管，时钟频率也达到了前所未有的20MHz。其内、外部数据总线均为16位，地址总线为24位，可以使用16MB内存，可使用的工作方式包括实模式和保护模式两种。

三十二位微处理器的代表产品首推Intel公司1985年推出的80386，这是一种全三十二位微处理器芯片，也是X86家族中第一款三十二位芯片，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可以寻址到4GB内存。它除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。1989年Intel公司又推出准三十二位处理器芯片80386SX。它的内部数据总线为三十二位，与80386相同，外部数据总线为十六位。也就是说，80386SX的内部处理速度与80386接近，也支持真正的多任务操作，而它又可以接受为80286开发输入/输出（接口芯片）。80386SX的性能优于80286，而价格只是80386的三分之一。386处理器没有内置协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果您需要进行浮点运算时，必须额外购买昂贵的80387协处理器芯片。

八十年代末九十年代初，80486处理器面市，它集成了120万个晶体管，时钟频率由25MHz逐步提升到50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并在X86系列中首次使用了（RISC）（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度，由于这些改进，80486的性能比带有80387协处理器的80386提高了4倍。早期的486分为有协处理器的486DX和无协处理器的486SX两种，其价格也相差许多。随着（芯片技术）的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高，在这种情况下，出现了CPU倍频技术，该技术使CPU内部工作频率为处理器外频的2－3倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而来。

九十年代中期，全面超越486的新一代586处理器问世，为了摆脱486时代处理器名称混乱的困扰，最大的CPU制造商Intel公司把自己的新一代产品命名为PenTIum（奔腾）以区别（AMD）和Cyrix的产品。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86处理器来对付Intel，但是由于奔腾处理器的性能最佳，Intel逐渐占据了大部分市场。

此后CPU的发展情况不用我说想必大家都已经很了解了，97年初PenTIumMMX上市，年中PenTIumII和AMDK6上市，年末Cyrix6x86MX面市，98年更是“三足”鼎立，（PI）I、赛扬、K6-2、（MI）I杀得你死我活。自从推出PentiumII后，Intel便放弃了逐渐老化的Socket7市场转而力推先进的Slot1架构，但是这一次Intel却打错了主意，随着全球低于1000美元低价PC需求量的增长，AMD的K6-2处理器填补了Intel在这个低端领域的空白，AGP总线技术、100MHz外频，这些原先只有在Slot1上才能实现的技术在AMD首先倡导的Super7时代也实现了，虽然K6-2和Super7的性能比起同主频的PII来说还有差距，但是低廉的价格还是让AMD抢得了将近30％的CPU零售市场份额。AMD更是以一副不畏强者的姿态，博得了众多消费者的好感。

可惜到了99年，面对Intel猛烈反扑，AMD开始走下坡路，市场销量很糟。Cyrix更是在这场处理器大战中一败涂地，本想依靠NS（美国国家半导体公司）东山再起，无奈时机已晚，最终在六月份被芯片组厂商（VIA）（威盛）收购。

随后的（IDT）和Rise两家新杀入处理器市场的公司在技术的创新上以及市场定位上均有自己的独到之处，IDT的WinchipC6、WinchipC6-2主要面向低端家用市场，Rise的处理器则主要进军移动电脑领域。无奈生不逢时，在Intel产品的挤压下，它们的日子也是举步为坚，99年年中，也正是Cyrix被收购一个月以后，威盛又收购了IDT公司，同时，Rise也被另一家芯片组厂商SIS（矽统科技）收购，随后传出Rise退出PC处理器市场，主攻家电处理芯片市场的消息，这样，经过重新调整之后，PC处理器市场呈现新三足鼎立的局面：Intel凭借自己优秀的产品以及良好的市场运作继续占领大部分市场份额；AMD则通过8月份发布的Athlon—K7打了个漂亮的翻身仗，K7成为历史上首次性能全面超越Intel同类产品的最快处理器，其市场占有率有进一步扩大的趋势；威盛在收购Cyrix和IDT之后，集成两家公司的（最新技术），计划在2000年初推出Socket370兼容的Joshua—约书亚处理器，主攻低端市场。总之，随着竞争的激烈，各家公司都在尽全力研制（最新）、最快、最好的处理器产品献给广大消费者，展望CPU未来，前景一片光明！

第二章技术篇

在详细介绍每一种CPU之前，我们有必要了解一些有关处理器技术方面的概念。

CPU封装方式

1.Socket

PC机从386时代开始普遍使用Socket插座来安装CPU，从Socket4、Socket5、Socket7到现在的Socket370。

以我们最常见的Socket7为例，它是方形多针角零插拔力插座，插座上有一根拉杆，在安装和更换CPU时只要将拉杆向上拉出，就可以轻易地插进或取出CPU芯片了。Socket7插座适用范围很广，不但可以安装IntelPentium、PentiumMMX，还可以安装AMDK5、K6、K6-2、K6-III、CyrixMII等等处理器。

与Socket7搭配的主板芯片组主要有Intel、HX、TX，VIAVP2、VP3等，它们支持的CPU外部频率一般为66、75以及83MHz，其中、TX和VP3除了支持普通的SIMM（72线内存）外，还支持DIMM（168线内存），VIA的VP3芯片组更是支持AGP（图形）（接口）标准。

随后出现的Super7标准是在Socket7基础上发展起来的，与后者相比，Super7结构增加了对处理器100MHz外频、AGP的支持，其代表产品为VIA的MVP3芯片组，Super7架构可以支持AMDK6-2、K6-III处理器。

2.Slot

我们先来看看Slot1，这种接口方式是由Intel提出的，它是一个狭长的242引脚的插槽，可以支持采用SEC（单边接触）封装技术的PentiumII、PentiumIII和Celeron处理器，除了接口方式不同外，Slot1所支持的特性与Super7系统没有什么太大的差别。IntelLX、EX和IntelBX、VIAApolloPro芯片组是其中的代表，前两种最高只能达到83MHz外频，而后两者可以支持最高到150MHz的外频。

Slot2接口标准与Slot1类似，不过它是面向高端服务器市场的，与其搭配的主板芯片组为IntelGX、NX，处理器为Xeon至强。

与Slot1、Slot2不同，SlotA接口标准是由Intel的竞争对手AMD提出的，它支持AMDK7处理器，与其搭配的芯片组为AMD自己的AMD751芯片，VIA作为非Intel阵营的战士之一，届时也会有支持K7的芯片组问世。虽然从外观上看SlotA与Slot1十分相像，但是由于它们的（电气性能）不同，两者并不兼容。

CPU制造工艺

早期的处理器都是使用0.5微米工艺制造出来的，随着CPU频率的增加，原有的工艺无法满足产品的要求，这样便出现了0.35微米以及现在普遍使用的0.25微米工艺，不久以后，0.18微米和0.13微米制造的处理器产品也将面世。另外一方面，现在的芯片内部都是使用铝作为导体，但是由于芯片速度的提高，芯片面积的缩小，铝线已经接近其性能极限，所以芯片制造厂商必须找出更好的能够代替铝导线的新的技术，这便是我们常说的铜导线技术。铜导线与铝导线相比，有很大的优势，具体表现在其导电性要优于铝，（电阻）小，所以发热量也要小于现在所使用的铝，从而可以有效地提高芯片的稳定性，此外，采用0.18或0.13微米制造工艺以后，处理器的频率可以得到进一步的提高，处理器面积则可以进一步减小，因此，铜导线技术全面取代铝导线技术是必然的趋势。

缓存技术

缓存就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，因此速度极快，所以又被称之为高速缓存。与处理器相关的缓存一般分为两种，L1缓存，也称片内缓存，和L2缓存，Pentium时代的处理器把L1缓存集成在CPU内部，而L2缓存则在主板上以与CPU外频相同的频率下工作。

第三章市场篇

下面就让我们一起到市场中，去认识认识各种CPU吧！

Intel系列

IntelPentium处理器

IntelPentium也称为经典奔腾（IntelPentiumClassic），它是真正的第五代处理器。早期的Pentium60和66分别工作在与系统总线频率相同的60和66MHz两种频率下，没有我们现在所说的倍频设置，而且最初的部分产品还有浮点运算错误，因此它并没有受到人们的欢迎。后来的Pentium处理器采用了现在一直使用的“外频×倍频＝CPU工作频率”设置，工作频率有75、90、100、120、133、150、166、200几种规格。

早期的奔腾75－120使用0.6微米的半导体制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺，这就有助于CPU频率的进一步提高。经典奔腾的供电电压均为3.3V。

评价：性能：经典奔腾的性能相当平均，整数运算和浮点运算都不错。当然，这仅仅是在当时来说，随着计算机技术的飞速发展，在CPU频率日新月异的今天，传统奔腾的速度已经不能跟上应用的需要。可升级性：由于经典奔腾采用的是单电压供电，如果你的主板不支持双电压，而你又想把它升级到200MHz频率以上，那么你只有考虑IDT公司的C6CPU，从这方面来看，Pentium系列的可升级性一般。超频性：Intel向来是超频爱好者们热衷的对象，Intel保持高品质的作风使得其产品极其好超，一般来说，未锁频的IntelCPU超一级甚至两级都不会有什么问题。如果你碰巧遇到锁频，那就只好超75或者83MHz外频了。

价格：Intel一贯代表高品质，这种高品质是与其高价格紧密相联系的。即使是在已经过时了的今天，经典奔腾的价格也要比同级的AMD、Cyrix贵上不少。建议：除非你没有多少钱且正在用486系统，否则不要考虑经典奔腾系列。即便如此，同级的Cyrix或AMDCPU也比奔腾的性价比要高出不少，总之，现在再买传统奔腾，不是一个明智的做法。

IntelPentiumMMX处理器

这是继Pentium后Intel又一个成功的产品，其生命力也相当顽强，至今仍占据着许多朋友的机子。PentiumMMX在原Pentium的基础上进行了重大的改进，增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存，4路写缓存以及从PentiumPro、Cyrix而来的分支预测单元和返回堆栈技术，特别是新增加的57条MMX多媒体指令，使得PentiumMMX即使在运行非MMX优化的程序时也比同主频的PentiumCPU要快的多。57条MMX指令专门用来处理（音频）、视频等数据，这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间，使CPU拥有更强大的数据处理能力。

价格：PentiumMMX的价格相对于便宜的K6-2、MII和赛扬来说，显然太高。

建议：PentiumMMX只适合于那些喜爱Intel并且正在使用486或早期奔腾系统的朋友。如果你一定要买的话，不妨去二手市场逛逛，也许能有不小的收获呢。

IntelPentiumII处理器

PentiumII是新一代的奔腾处理器，主要有233、266、300、333、350、400、450MHz七种规格。PentiumII的发展历经了三个阶段：第一阶段的PentiumII“Klamath”，使用0.35微米工艺制造，CPU核心电压为2.8V，工作在66MHz外频下，主要频率有233、266、300三种；第二阶段的PentiumII为“Deschutes”，采用0.25微米工艺制造，由于工艺的改进，新一代PentiumII的核心电压大幅度下降，为2.0V，工作频率也是66MHz，主要频率有300、333等几种；第三阶段的PentiumII仍为“Deschutes”，采用0.25微米制造工艺，核心电压2.0V，工作在100MHz外频下，主要频率有350、400和450三种。

PentiumII与传统的奔腾处理器有了很大的不同，最大的变化就是它采用了Slot1架构，这从外表上就可以很明显的看出来。PentiumII处理器使用SEC（单边（插接））与主板相连，根据其特有的双独立总线结构（D.I.B.），Socket7时代主板上的二级缓存被放进了CPU卡盒中并工作在处理器核心频率的一半下，这就使得PentiumII的性能与Pentium相比有了比较大的提高。此外，PentiumII系列也包含有MMX指令集。

评价：性能：PentiumII的整体性能与Pentium和PentiumMMX相比有了较大的提高，这在其第三阶段的产品身上表现的更加明显。此外，IntelCPU强劲的浮点运算能力也使AMD和Cyrix只能望其项背。可升级性：这主要取决于你搭配PII的主板使用的芯片组，如果你用的是LX、EX芯片组，那么也许只有部分高主频的赛扬可以供选择，如果你用的是BX芯片组，那么恭喜你，你还有机会升级到未来的PentiumIII。总之，PII的可升级性还算不错。

超频性：PentiumII的可超频性与Intel的品质一样优秀，PII系列同样受到了Intel的锁频处理，但是早期的PII可以采用降倍频，超外频的方法来取得最大的超频空间。近期PII的倍频被锁死，无法调高，也不能降低，超外频是唯一的方法。

价格：与AMDK6-2相比，PII的价格有些高，当前市场上主流的PII350报价一般在1200元左右，而PII450则要1700元。建议：如果你很关注CPU的性能又不是很在乎钱的话，PentiumII是不错的选择，况且，你还可以来个双PII系统体验一下什么叫做真正的高速度。

IntelCeleron处理器

虽然PentiumII的性能不错，但是其昂贵的价格使不少人投向了Super7阵营，为了抢回失去的低端市场，Intel推出了Celeron赛扬处理器。

到目前为止，赛扬的发展也经历了三个阶段：第一阶段是为“Covington”的赛扬266和300，采用0.25微米工艺制造，Slot1架构，没有片内L2缓存。正因为如此，其整数运算能力很差，赛扬266的整数运算能力甚至还不及奔腾MMX233高，由于L2缓存对浮点运算影响不大，所以赛扬的浮点运算能力与PII一样出色；第二阶段的赛扬为“Mendocino”，采用0.25微米工艺，Slot1架构，它与Covington最大的不同便是增加了整合在CPU内部的128KL2缓存，并以与CPU相同频率工作。大家都知道，二级缓存对CPU整数运算速度的影响非常大，新的赛扬尽管只有128KL2缓存（PIIL2缓存的四分之一），但是由于它以CPU相同频率工作，性能也不可小藐。目前市场上的Mendocino有300、333两种频率规格，前者就是我们通常所说的赛扬300A（以区别第一代赛扬），据说国外还有366以及400MHz的Mendocino，但在国内还没有见过；第三阶段的赛扬采用了Socket370架构，由于Mendocino的缓存集成在CPU内部，使得它所带的大块（电路板）变成了中看不中用的累赘，为了压低成本、降低售价，Intel便推出了与谁也不兼容的Socket370接口赛扬333和366，届时将有IntelZX芯片组与其配合，与现在市场上流行的赛扬300A相比，这种Socket370接口的赛扬只是改变了接口方式并提高了主频（但还是