02、第2章(1)：中央处理器

4004
3.1 CPU的发展历程
2、8008
8008于1972年推出，其性能是4004的两倍。1974 年， 《无线电电子学》(Radio Electronics)发表的一篇文章指出一 款名为Mark-8的设备采用了8008。Mark-8是第一批家用计算 机之一，而以今天的标准来看该产品很难进行构建、维护和操 作。 晶体管数量：3500颗 主频：500KHz 速度：0.05MIPS 制程：10um
1981年采用INTEL 8088 的IBM PC
3.1 CPU的发展历程
5、80286
80286是Intel公司于1982年推出的CPU芯片，。工作频率 有8MHz、10MHz、12.5MHz。地址总线24位，可寻址空间达 到16MB；数据总线16位。晶体管数量达到134,000个，可以使 用虚拟内存。使用1.5um制程。 3～6倍于8086性能，可以在45s内扫描大英百科全书。
8008
3.1 CPU的发展历程
3、8080
于1974年推出，8080有幸成为了第一款个人计算机Altair 的大脑。据说Altair 这个名称是源自《星际旅行》电视节目中 一个星际飞行计划(Starship Enterprise)的目的地名称。计算机 爱好者花费 395 美元即可购得 Altair 套件。数月内，Altair 的 销售量达到数万台，造成了电脑销售历史上第一次缺货现象。 晶体管数量： 6000 主频：2 MHz 速度：0.64MIPS 制程：6um
80386DX
3.1 CPU的发展历程
7、80486
于1989年～1992年间推出，包含多个版本，首次采用流水 线技术，首次采用倍频技术（内部频率为外部频率的整数倍）。 80486DX2即为2倍频型CPU，80486DX3即为3倍频型CPU。 晶体管数目最高达到120万颗，制程最高达到0.8um技术。 数据总线、地址总线均为32位，可寻址空间为4GB。
80486
3.1 CPU的发展历程
8、Pentium（80X86时代终结，奔腾时代到来）
于1992年由Intel公司推出的新一代32位微处理器。集成晶 体管数量为310万颗，工作主频为60、66、75、90、100、 120、133、166MHz，总线频率为60/66MHz，接口采用 Socket 7（321 个插孔）。0.6um制程。 内部数据总线宽度为64位，外部数据总线宽度为32位，地 址总线宽度为32位。可寻址空间为4GB。
8080
3.1 CPU的发展历程
4、8086/8088
8086／8088是INTEL公司于1978年6月推出的16位微处理 器，它们的特点是：数据总线为16位（8088内部数据总线为 16位，外部数据总线为8位，因此又称为准16位微处理器）， 可进行8位和16位运算；地址总线为20位，可寻址1MB存储空 间；时钟频率为5～8MHz； 8088晶体管数目约为29,000颗。 使用3um制程。 并且取得IBM新成立之个人计算机部门敲定的重要销售合 约，让Intel 8088处理器成为IBM新款畅销产品 ，IBM个人计算 机的大脑，Intel 8088处理器的成功将英特尔拱上财富杂志500 大企业排行榜，财富杂志将英特尔评为 “70年代最成功的企业” 之一。
3.2 CPU的性能指标
Fra Baidu bibliotek说明：
前端总线FSB（Front Side Bus）指的是CPU与主板北桥 芯片或者MCH（内存控制集线器）之间的数据通道，其工作频 率的高低影响CPU访问内存的速度。目前，前端总线的频率普 遍已达到800MHz。
3.2 CPU的性能指标
3、倍频
随着CPU设计与制造技术的不断进步，CPU的工作频率 不断提高，而PC机的一些其他部件却由于工艺的限制，不能承 受更高的频率，制约了CPU频率的进一步提高。因此，出现了 倍频技术，该技术能够使CPU内部工作频率为外部工作频率的 倍数，从而通过提升倍频来达到提升主频的目的。 首次采用倍频技术的微处理器是80486DX。 主频、外频、倍频三者之间的关系是： 主频＝外频×倍频
1、CPU的性能指标
2、CPU的常见术语
CPU 中央处理器
中央处理器，又称微处理器 CPU，Central Processing Unit MPU，Micro Processing Unit
CPU是微机的核心部件，它由控制器（CU）、运算器 （ALU）、寄存器和内部总线等构成。它的作用是读取、解释 指令，按指令的要求处理数据，并控制计算机各部件协调工作。 CPU的性能从某种意义上说，它决定了微机的档次。 生产CPU的厂家有Intel、AMD、Cyrix。
Pentium
Socket 7
Pentium的特点： 1、采用双路高速缓存储器，具有8KB的代码 Cache和8KB的数据Cache。 2、设有8级流水线浮点运算，每个时钟周期 能够完成一个浮点操作。 3、增强的数据整合和出错检测功能、增强 的调试与测试功能等。
3.1 CPU的发展历程
9、Pentium Pro 高能奔腾 10、Pentium MMX 多能奔腾 11、Pentium II 13、Pentium III（最高1.4GHz） 14、Pentium Iv 1995 1997 1997 1999 2000
3.1 CPU的发展历程
1、4004
1971年由INTEL公司成功研发的第一款微处理器，也是全 球第一款微处理器。其晶体管数目约为 2300颗，尺寸为 3mm×4mm，外层有16只针脚，它采用10微米制程。 4004的 频率为108kHz，能执行4位运算，支持8位指令集及12位地址 集。
制造背景：4004是Intel在1969年为日本计算器制造商
实训：超频
1、超频的原理是什么？ 2、超频的实现。 3、超频的意外事故类型。 4、超频意外事故的还原。
3.2 CPU的性能指标
4、高速缓存储器Cache
CPU的缓存可分为一级高速缓存（L1 Cache）和二级高 速缓存（L2 Cache）。设置缓存对提升CPU运算速度非常有意 义。因为CPU处理数据的过程是首先讲数据从外存读入系统内 存，然后再从内存提取数据进行处理。但是由于内存与CPU之 间总线的运行频率和内存与外存之间的数据线的运行频率都远 低于CPU的主频，所以CPU必须花费一些时间来等待数据的传 送，这就使CPU处理数据的速度大打折扣。Cache的作用就是 为CPU和内存在进行数据交换时提供一个高速的数据缓冲区， 当CPU要读取数据时，首先在Cache中寻找。如未找到，才从 内存中读取。Cache速度远大于内存，只要Cache足够大， CPU处理数据的速度就会提高。
第二章（1）
中央处理器
江西信息应用职业技术学院 郑伟 zhengwei-82911@163.com
CPU（中央处理器）
授课内容：
1、CPU的发展历程 2、CPU的性能指标
3、CPU的常见术语
4、CPU主流产品 5、CPU编号识别 6、CPU选购策略
CPU（中央处理器）
重点、难点内容：
SSE
SSE（Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩 展）指令集是Intel在Pentium III处理器中率先推出的。SSE指 令集包括了70条指令，其中包含提高3D图形运算效率的50条 SIMD（单指令多数据技术）浮点运算指令、12条MMX 整数运 算增强指令、8条优化内存中连续数据块传输指令。理论上这 些指令对目前流行的图像处理、浮点运算、3D运算、视频处理、 音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用。SSE指令与 3DNow!指令彼此互不兼容，但SSE包含了3DNow!技术的绝大 部分功能，只是实现的方法不同。SSE兼容MMX指令，它可以 通过SIMD和单时钟周期并行处理多个浮点数据来有效地提高 浮点运算速度。
3.2 CPU的性能指标
6、CPU扩展指令集
“扩展指令集”是指CPU是否具有对X86指令集进行扩展 而 言。扩展指令中最早出现的是Intel公司的MMX，其次是AMD 公司的3D Now！目前大多是SSE、SSE2、SSE3。
MMX
MMX（Multi Media eXtension，多媒体扩展指令集）指令 集是Intel公司于1996年推出的一项多媒体指令增强技术。 MMX指令集中包括有57条多媒体指令，通过这些指令可以一 次处理多个数据，在处理结果超过实际处理能力的时候也能进 行正常处理，这样在软件的配合下，就可以得到更高的性能。 MMX的益处在于，当时存在的操作系统不必为此而做出任何修 改便可以轻松地执行MMX程序。但是，问题也比较明显，那就 是MMX指令集与x87浮点运算指令不能够同时执行，必须做密 集式的交错切换才可以正常执行，这种情况就势必造成整个系 统运行质量的下降。
Pentium Pro
Pentium MMX
Pentium II
Intel Pentium III 、IV
3.2 CPU的性能指标
1、CPU主频
CPU的主频也就是CPU的时钟频率，是CPU内核电路的实 际运行频率，英文全称为CPU Clock Speed。由于一个时钟周 期内完成的指令数是固定的，所以频率越高，单位时间处理的 数据也就越多，CPU的运行速度当然也就越快。 目前CPU的主频一般都是GHz的数量级，市场最高的达到 了3.0GHz。不过，由于各种各样CPU的内部结构不同，所以 并非所有主频相同的CPU，其运行速度都相同。
Busicom开发的一项项目，着手开发第一款微处理器，为一系 列可程序化计算器研发多款芯片。当初Busicom 支付英特尔6 万美元取得此微处理器的所有权，但在察觉该芯片的发展潜力 后，英特尔退还这6万美元，购回微处理器设计的相关权利。 最终，英特尔在1971年11月15日向全球市场推出4004微处理 器，当年Intel 4004处理器每颗售价为200美元。4004 是英特 尔第一款微处理器，为日后开发系统智能功能以及个人计算机 奠定了发展基础。
L1 Cache与CPU同步运行，其容量越大，CPU的性能提 升也就越高。但是，由于Cache都是由静态RAM组成的，造价 高昂且结构复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1 Cache不能做得太大。目前市场主流CPU的L1 Cache一般都在 32～64KB之间，少数可达到128KB。 L2 Cache的时钟频率一般为CPU主频的1/2或1/3，而容量 相当于L1 Cache的4～8倍左右。
如：Intel 奔腾D 915(盒)，主频为2800MHz，外频为200MHz， 采用0.065um制程，电压1.25～1.4V。 其L1 Cache为32KB，L2 Cache为2MB。
3.2 CPU的性能指标
5、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 度决定了CPU与二级缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数 据传输的信息量。目前数据总线宽度已达64位。 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间（主存 储器空间，内存空间），简单地说，就是CPU能够使用多大的 内存。对于80386以上的微机系统，地址总线宽度为32位，最 多可以访问4GB的物理空间（即内存容量）。
3.2 CPU的性能指标
2、外频
外频是CPU的外部总线频率，是主板为CPU提供的基准时 钟频率。正常情况下，CPU总线频率与内存总线频率相同，在 这里也指内存与CPU之间的数据传输速度，也就是内存总线的 速度。当CPU外频提高时，与内存之间交换数据的速度也相应 提高，对提高电脑整体运行速度影响较大。 目前市场上主流CPU的外频有100、133、166、200MHz。 值得一提的是，有些商家在销售使宣称CPU的外频为400、 800MHz等，实际上，这是把外频与前端总线混为一谈了，其 实他们的外频仍然使100、200MHz，不过由于采用了特殊技术 使前端总线能够在一个时钟周期内完成4次传输。
80286
3.1 CPU的发展历程
6、80386
于1985～1987年推出，有80386SX和80386DX两种。 80386SX主频有16MHz和20MHz两种，地址总线24位， 内部数据总线位32位，外部数据总线为16位，寻址空间为 16MB。 80386DX主频有16MHz、20MHz、25MHz、33MHz、 40MHz、50MHz几种，地址总线为32位，内部、外部数据总 线均为32位，寻址空间为4GB。集成了275,000个晶体管，使 用1um制程。内部增加了高速缓冲存储器，可以使用虚拟内存。 选用该CPU的微机称为32位机。