认识cpu

认识cpuCPU即中央处理器。

CPU发展至今，其中所集成的电子元件也越来越多，上万个晶体管构成了CPU的内部结构。

那么这上百万个晶体管是如何工作的呢？看上去似乎很深奥，但归纳起来，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。

CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。

CPU是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，CPU的性能大致上反映出微机的性能，因此它的性能指标十分重要。

CPU主要的性能指标有：1.主频,倍频,外频:一般说来，主频越高，CPU的速度越快。

倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。

三者关系是：主频=外频x倍频。

2.内存总线速度: 指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。

3.扩展总线速度: 指安装在微机系统上的局部总线如PCI总线接口卡的工作速度。

4.工作电压: 指CPU正常工作所需的电压。

早期CPU的工作电压一般为5V，随着CPU主频的提高，CPU工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。

5.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，对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096 MB的物理空间。

Pentium Ⅱ/Pentium Ⅲ为36位，可以直接访问64GB的物理空间。

就是内存的空间.6.数据总线宽度:数据总线宽度决定了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。

7.内置协处理器: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AUTO CAD就需要协处理器支持。

8.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。

Pentium级以上CPU均具有超标量结构；而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。

9.L1高速缓存即一级高速缓存:内置高速缓存可以提高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，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(随机存取存储器)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。

发展历史一、X86时代的CPUCPU的溯源可以一直去到1971年。

在那一年，当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。

这不但是第一个用于计算器的4位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器！4004含有2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾，但是它毕竟是划时代的产品，从此以后，INTEL便与微处理器结下了不解之缘。

可以这么说，CPU的历史发展历程其实也就是INTEL公司X86系列CPU 的发展历程，1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086，同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集，但在i8087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。

由于这些指令集应用于i8086和i8087，所以人们把这些指令集统一称之为X86指令集。

虽然以后Intel又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型CPU，但都仍然兼容原来的X86指令，而且Intel在后续CPU 的命名上沿用了原先的X86序列，直到后来因商标注册问题，才放弃了继续用阿拉伯数字命名。

至于在后来发展壮大的其他公司，例如AMD等，在486以前（包括486）的CPU 都是按Intel的命名方式为自己的X86系列CPU命名，但到了586时代，市场竞争越来越厉害了，由于商标注册问题，它们已经无法继续使用与Intel的X86系列相同或相似的命名，只好另外为自己的586、686兼容CPU命名了。

1979年，INTEL公司推出了8088芯片，它仍旧是属于16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，可使用1MB内存。

8088内部数据总线都是16位，外部数据总线是8位，而它的兄弟8086是16位。

1981年8088芯片首次用于IBM PC机中，开创了全新的微机时代。

也正是从8088开始，PC机（个人电脑）的概念开始在全世界范围内发展起来。

1982年，INTE已经推出了划时代的最新产品80286芯片，该芯片比8006和8088都有了飞跃的发展，虽然它仍旧是16位结构，但是在CPU的内部含有13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。

其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位，可寻址16MB内存。

1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处理器，而且制造工艺也有了很大的进步，与80286相比，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。

80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。

增加了一种叫虚拟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。

出于不同的市场和应用考虑，INTEL又陆续推出了一些其它类型的80386芯片：80386SX、80386SL、80386DL等。

1988年推出的80386SX是市场定位在80286和80386DX之间的一种芯片，其与80386DX的不同在于外部数据总线和地址总线皆与80286相同，分别是16位和24位(即寻址能力为16MB)。

1990年推出的80386 SL和80386 DL都是低功耗、节能型芯片，主要用于便携机和节能型台式机。

80386 SL与80386 DL 的不同在于前者是基于80386SX的，后者是基于80386DX的，但两者皆增加了一种新的工作方式：系统管理方式。

当进入系统管理方式后，CPU 就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作，甚至停止运行，进入“休眠”状态，以达到节能目的。

1989年，80486 芯片由INTEL推出，这种芯片的伟大之处就在于它实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管。

80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、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，并且在80X86系列中首次采用了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数学协处理器的80386DX提高了4倍。

80486和80386一样，也陆续出现了几种类型。

上面介绍的最初类型是80486DX。

1990年推出了80486SX，它是486类型中的一种低价格机型，其与80486DX的区别在于它没有数学协处理器(它执行附加的功能或协助主微处理器工作)。

80486 DX2采用了时钟倍频技术，也就是说芯片内部的运行速度是外部总线运行速度的两倍，即芯片内部以2倍于系统时钟的速度运行。

80486 DX2的内部时钟频率主要有40MHz、50MHz、66MHz等。

80486 DX4也是采用了时钟倍频技术的芯片，它允许其内部单元以2倍或3倍于外部总线的速度运行。

为了支持这种提高了的内部工作频率，它的片内高速缓存扩大到16KB。

80486 DX4的时钟频率为100MHz，其运行速度比66MHz的80486 DX2快40%。

80486也有SL 增强类型，其具有系统管理方式，用于便携机或节能型台式机。

Pentium名称的来历在286、386、486这些产品深入人心后，1992年10月20日，宣布Intel第五代处理器被命名Pentium，而不是586。

在此之前，由于386、486系列产品性能出众，AMD生产的处理器也以这些数字命名。

PENT在希腊文中表示"5"，-ium看上去是某化学元素的词尾，用在这里可以表示处理器的强大处理能力和高速性能。

值得注意的是在Pentimu Pro的一个封装中除芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片，两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。

奔腾Pro 200MHZCPU的L2 CACHE就是运行在200MHZ，也就是工作在与处理器相同的频率上。

这样的设计领奔腾Pro达到了最高的性能。

而Pentimu Pro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术，这是继奔腾在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。

Pentimu Pro系列的工作频率是150/166/180/200，一级缓存都是16KB，而前三者都有256KB的二级缓存，至于频率为200的CPU还分为三种版本，不同就在于他们的内置的缓存分别是256KB，512KB，1MB。

不过由于当时缓存技术还没有成熟，加上当时缓存芯片还非常昂贵，因此尽管Pentimu Pro 性能不错，但远没有达到抛离对手的程度，加上价格十分昂贵，一次Pentimu Pro实际上出售的数目非常至少，市场生命也非常的短，Pentimu Pro可以说是Intel第一个失败的产品。

INTEL吸取了奔腾Pro的教训，在1996年底推出了奔腾系列的改进版本，奔腾MMX（多能奔腾）。

这款处理器并没有集成二级缓存，而是独辟蹊径，采用MMX技术去增强性能。

MMX技术是INTEL最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集”。

MMX是Intel 公司在1996年为增强奔腾CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术，为CPU增加了57条MMX指令，除了指令集中增加MMX指令外，还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB（16K指命+16K数据），因此MMX CPU 比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时，处理多媒体的能力上提高了60％左右。

MMX技术不但是一个创新，而且还开创了CPU开发的新纪元，后来的SSE，3D NOW！等指令集也是从MMX发展演变过来的。

在Intel推出奔腾MMX的几个月后，AM也推出了自己研制的新产品K6。

K6系列CPU一共有五种频率，分别是：166/200/ 233/266/300，五种型号都采用了66外频，但是后来推出的233/266/300已经可以通过升级主板的BIOS 而支持100外频，所以CPU的性能得到了一个飞跃。