CPU介绍

CPU介绍
对于一台电脑系统，CPU的作用就像心脏对我们一样重要。

我们选购电脑时总要首先问，是486还是586,是100还是300，是MMX还是3D—NOW!,这些指的就全是CPU的指标，CPU在整个微机系统的核心作用，足以作为划分CPU档次的标准，这使它几乎成为各种档次微机的代名词。

我们可以说，CPU的性能大致反映出我们的微机系统的性能，这对我们的选择的重要性是显而易见的。

1、什么是CPU？
CPU是英语"CentralProcessingUnit"的缩写，其中文的直译为”中央处理单元”，CPU的主要功能是进行运算和逻辑运算，其物理结果包括逻辑运算单元、控制单元和存储单元组成。

在逻辑运算和控制单元中包括一些寄存器，这些寄存器用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。

在这里，并不需要弄清楚CPU的复杂原理，我们只是从性能参数的挑选方面对其进行一些必要的认识。

2、CPU主要的性能指标：
主频：即CPU内部核心工作的时钟频率，单位一般是兆赫兹（MHz）。

这是我们最关心的一个参数，我们通常所说的233、300、450等就是指它。

对于同种类的CPU，主频越高，CPU的速度就越快，整机的性能就越高。

由于内部的结构不同，不同种的CPU之间不能直接通过主频来比较，而且高主频的CPU的实际表现性能，还与外频、缓存等大小有关，带有特殊指令的CPU，则相对程度地依赖软件的优化程度。

外频和倍频数：外频即CPU的外部时钟频率。

CPU的主频与外频的关系是：CPU主频二外频X倍频数，外频是由电脑主板提供的，486的外频一般是33MHz，40MHz，Pentium主板的外频一般是66MHz，也有主板支持75各83MHz。

而目前Intel公司最新的芯片组440BX可以使用100MHz甚至更高的时钟频率。

另外VIA公司的MVP3、MVP4，APPLOPRO等一些非Intel的芯片组也开始支持100MHz的外频，一些主板由于技术精良，工艺先进，可以超频1/3以上稳定使用，成为超频爱好者的首选。

Intel公司的下一代主板芯片将支持133MHz的外频，AMD的K7甚至将使用200MHz的外频。

内部缓存（L1Cache）：采用速度极快的SRAM制作，与CPU共同封装于芯片内部的高速缓存，用于暂时存储CPU运算时的最近的部分指令和数据，存取速度与CPU主频相同（一般称为全速），L1缓存的容量一般以KB 为单位。

L1缓存全速工作，其容量越大，使用频率最高的数据和结果就越容易尽快进入CPU进行运算，CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少，相对电脑的运算速度可以提高。

486就因为集成了内部Cache，速度比386快了许多。

最早的486内部一般有1K〜8K的L1Cache，现在的PentiumII的L1Cache一般有32K，而Cyrix和AMD的芯片内部有64K甚至更多。

二级缓存（L2Cache）:集成于CPU外部的高速缓存，L2Cache的一般容量是128K〜2M。

容量越大，系统的综合性能越高。

一般的L2Cache运行于系统外频或CPU主频的一半，后来PentiumPro处理器采用的L2和CPU运行在相同频率下，由于芯片成品率太低，成本昂贵，所以后来PentiumII的L2Cache运行在相当于CPU频率一半下的，但容量增加为512K。

现在的至强处理器又采用了全速的L2Cache，容量增大至512K到2M之间，以求性能获得提高。

没有Cache的赛扬处理器，性能下降不少。

MMX技术：是"多媒体扩展指令集"的缩写。

MMX是Intel公司为增强PentiumCPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术。

这一技术为CPU增加了全新的57条MMX指令，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MMXCPU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咼了60%左右。

即使不使用MMX指令的程序，也能获得15%左右的性能提升。

MMX已经成为选择CPU的一个基本标准，目前CPU基本都具备MMX技术，除PentiumP55C（PentiumMMX）和PentiumIICPU 还有K6、K63D（K6—2）、MII，6X86MX，IDTC6等。

不支持MMX指令的CPU可以不用考虑了。

3D指令技术：MMX指令解决了多媒体运算的瓶颈，但只是加速了整数运算速度，对于需要大规模浮点运算的3D图形处理和游戏就无能为力了。

针对日益增长的3D处理要求，支持3D指令将同支持MMX指令一样重要。

目前支持3D指令的CPU只有AMD一家，使用3D—Now，技术的CPU可以大幅度加速三维处理速度，从而把游戏和图形处理带入一个崭新的境界。

Intel即将出台的MMX2指令集将更为强大，这些指令集必须依靠软件的优化支持才能完全发挥CPU的性能。

制造工艺：单位是微米。

现在CPU的制造工艺是一般0.35微米，最新的PII和K6—2可以达到0.28〜0.25微米，不远的将来，CPU制造工艺可以达到0.18微米甚至0.13微米。

CPU的微米级别直接决定了CPU的极限频率，0.35微米的CPU工作频率一般不超过250MHz,而0.13微米的铜芯技术芯片可以稳
定地工作在1000MHz
3、CPU发展历程
CPU的发展非常迅速，就像列不断在加速的列车一样。

个人电脑从8088（XT）发展到现在的PentiumIII时代，只经过了不到20年的时间。

从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而高能奔腾的集成度超过了750万个晶体管；从CPU的运行速度，以MIPS（百万个指令每秒）为单位，8088是0.75，而速度最快的高能奔腾超过了1000。

8088,8086:Intel公司于1981年推出8086与8088微处理器，著名的IBMXT电脑就是基于8088。

这两种16位的微处理器比以往的8位机功能更强大，地址线有20条，内存寻址范围为1M字节。

它们的区别在于，8086外部的数据也是16位，而8088的外部数据为8位。

80286:1982年，INTEL推出了80286芯片，该芯片含有13.4万个晶体管，80286也是16位处理器，其频率比8086更高，它有24条地址线，内存寻址范围是16M字节。

80386:80386属于32位微处理器，其内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存。

它除具有实模式和保护模式外，还增加了一种叫虚拟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。

它有以下几种：80386SX，它是准32位处理器，数据总线是16位，其内部32位寄存器必须分两个16位的总线来读取。

它是286计算机与386DX计算机之间的过渡产品°386DX是真正的32位处理器，它的数据总线和内部寄存器都是32位。

它还可以配上80387数字协处理器，以提高计算速度。

386处理器的主频有16,20,25,33,40MHz五种。

除Intel公司生产386芯片外，还有AMD,Cyrix，Ti，IBM等公司生产的。

80486：80486简称486,于1989年由Intel公司首先出，集成了120万个晶体管。

其时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。

它也属于32位处理器。

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CPU与内存的数据交换速度。

Pentium处理器：Pentium（奔腾）是Intel公司于1993年推出的新一代微处理器，它集成了310万个晶体管。

Pentium微处理器使用更高的时钟频率，最初为60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。

64位数据总线，16KB的高速缓存。

奔腾CPU的出现进一步加速了CPU的更新速度，CPU厂商竞争愈加激烈。

Intel公司为了防止别的公司侵权，就为新的CPU取了"Pentium"的名字，而没有继续叫做80586。

接着Intel推出使用MMX技术的PentiumMMX的多能奔腾。

它增加了57条多媒体指令，内部高速缓存增加到32KB。

最高频率是233MHz。

MMX 是MultimediaExtension的缩写，意即多媒体扩展，一种基于多媒体计算以及通讯功能的技术，它能生成高质量的图像、视频和音频，加速对声音图像的处理。

Cyrix6X86、CyrixMediaGX、AMDK5：是和Pentium同一级别的CPU
AMD-K6、Cyrix6x86MMX：属于PentiumMMX同一级别的CPU。

PentiumPro：中文称作高能奔腾，也称为P6。

它在PentiumMMX之前面市，使用大量新技术，还包含了256KB 或512KB的高速缓存，主要应用在服务器上。

PentiumII以上的CPU：个人电脑处理器的领先者是Intel的PentiumII、PentiumIII。

PII/PIII芯片内部集成32K的高速缓存，和512K的二级缓存。

使用了MMX和AGP技术。

为了占有市场，采用新的封装结构，并采用了SLOT1插槽与主板结合。

AMD和CYRIX也推出同一档次的处理器AMD-K6-2/K6-3和CYRIXMII/MIII。

4、三种品牌处理器的介绍：
PentiumII：与以往的Pentium处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SLOT1模式的插座，SLOT1插座看上去和扩展槽很象。

该形式的封装结构为系统总线与L2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、高速缓存芯片，都放置在一个小型电路板上，Intel将其称为SEC（SingleEdgeContact 单边接触）卡盒的电路板，用塑料封装后，就是现在看到的样子了。

塞扬：塞扬属于PentiumII的低价位版本，被称为"Celeron"。

它是将PentiumII处理器的二级Cache去掉，并简化了封装形式，没有塑料壳，另加一一块散热片组成。

因为没有了Cache，其速度明显下降。

塞扬300A：新款的塞扬Celeron300A处理器是包含了128K二级缓存的PentiumII处理器，其缓存是集成在CPU内部的，速度和CPU相同，比PentiumII/III的Cache速度还要高，这样CPU从二级缓存中读写数据时不需等待，可以大大提高计算速度；塞扬300A仍没有塑料外壳，采用了SL0T1的结构，加了一个散热片和一块风扇。

这也是最适合超频的，其外频设计为66MHz,倍频系数是4.5，已被锁定，工作电压是2.0伏。

塞扬Socket370：Socket370是Intel推出的一款低价位的塞扬处理器，封装成带有针脚的Socket结构，内部仍
然集成了128K的Cache。

看上去和AMD、CYRIX的Socket7CPU很象，不过Socket7有321个针脚，而这款塞扬有370个针脚，整整比Socket7多了一圈针脚，并且有两个斜角。

是一款高性能低价位的CPU。

安装方法和其他的SOCKETCPU都是相同的。

由于这种封装形式不能安装在SLOT1主板上，一些厂家便生产了SLOT370转接卡，可以方便的将塞扬370安装在转接卡上，再将卡插在SLOT1插槽中，如果您要升级到塞扬的话，就可以省去购买新的主板了。

IntelPentiumIII：采用了与PentiumII相同的SLOT1结构，具有100MHz的外频，其内部集成了64K的一级缓存，512K的二级缓存仍然安装在SLOT1的卡盒内，工作频率是CPU的一半。

不过仍提供了比PentiumII更强劲的性能，这主要表现在其新增加了KNI指令集。

KNI指令集中提供了70条全新的指令，可以大大提高3D运算、动画片、影像、音效等功能，增强了视频处理和语音识别的功能。

这套指令集主要为浏览WWW网页设计的。

主频一般为450、500MHz。

PIII可以安装在PII的SLOT1的主板上，不过要更新BIOS的内容，才能支持新增的KNI 指令
AMDK6-2(3DNOW!)系列：Intel不断的推出新一代的处理器，AMD,CYRIX，也紧追不舍，AMD推出了与PentiumII抗衡的处理器AMDK6-23DNOW！。

AMDK6-2内含930万个晶体管，支持AGP，350MHz以上的外频高达100MHz。

这是一款带有3D加速指令的K6芯片。

这种3DNOW!的技术加强了CPU处理3D图像的能力。

K6-2内部集成了64K的一级高速缓存，是PentiumII的一倍，并且和CPU同频率。

3DNOW!技术可提高三维图形、多媒体、以及浮点运算密集的个人电脑应用程序的运算能力，使
“逼真的运算平台”成为现实。

3DNOW!是一组共21条新指令，3DNOW!技术使三维图形加速器可以全面发挥其性能。

微软在DirectX6.0中已经提供了对3DNOW!的支持。

K6-2有300、333、350、400、450MHz频率的处理器。

并且采用了传统的Socket7结构，给用户的升级带来了方便，
AMDK6-3(3DNOW!)系列：AMDK6-3系列应该算是AMD推出的最后一款Socket7的CPU了，它的代号是"利齿”，是一款极具有竞争力的产品。

AMDK6-3使用了3DNOW!技术，包含64K的一级缓存，并且将原来安装在主板上的256K二级缓存集成到了CPU内部，工作频率和CPU相同。

这一系列的CPU最低的主频是400MHz,外频是100MHz，集成了2130万个晶体管。

AMDK7：它的外频是200MHz，初期的产品频率为500MHz，听了这数字，你可知道AMD的厉害了。

K7采用最新的制造技术，同时加强了整数、浮点运算和多媒体运算，彻底改变了浮点运算性能差的历史。

K7的结构和PentiumII十分的象，不过它采用的是SLOTA卡匣结构，从外观上看不出和Intel的SLOT1有何区别，而且可以插在SLOT1插槽中，但那将是完全不能用的。

CYRIXMII/MIII：CyrixMII是Cyrix公司用以迎击Intel的塞扬和AMD的K6-2的产品。

是Cyrix6X86MX的新一代，已经改变了以往块头大，热量高的弱点，MII变得苗条多了。

MII处理器内部集成了64K的高速缓存，并具有MMX功能，目前可见到PR300,PR333和PR350，外频是66MHz。

如果你的电脑是用来办公的，CyrixMII是一个不错的选择。

MIII处理器是Cyrix迎战IntelPentiumIII和AMDK6-3以及IDTWinChip4的武器。

其内部将增加3DNOW!技术，集成256K和CPU同频的二级缓存，并改善了浮点运算性能。

IDTWinChip2：IDT也许您从没有听说过这一名字，它是两年前才出现的，1997年推出了第一个微处理器WinChip1998年5月推出了第二代产品WinChip2,还有一款带有3DNOW!指令的WinChip2-3D，这一代的处理器也带有MMX指令，其最高的频率是300MHz,采用SOCKET7结构，SUPER7(SOCKET7)主板都可以支持。

最后需要提到的是IDT的微处理器事业部现已被威盛公司收购。

今年发布了最新型的处理器WinChip2+NB,内部集成了64K和CPU同频率的缓存，尽管它也采用了SOCKET7的结构，不过要使用专门的主板。

5、如何搭配主板和CPU
SLOTI+PentiumII/PentiumIII：如果您是要制图、设计，自然需要运算速度快的机器，而且资金充足的话，选择SLOT1主板和IntelPentiumII/PentiumIII的处理器是不会有错的。

的确是一分价钱一分货。

SOCKET370主板+CeleronSOCKET370这是一个价廉物美的组合，Celeron有着强大的处理能力，价格又便宜，如果您是一个电脑发烧友，或者您既想要高性能的电脑，却又囊中羞涩，就选择它吧！
SUPER7主板+AMDK6-2/K6-3CyrixMH/MIII：如果觉得Intel的东西太贵的话，可以选择AMDK6-2/K6-3，再购买一块支持100MHz外频的SUPER7主板，那将是非常理想的。

毕竟AMD的CPU超频性能还是不错的。

当然您也可以选择CyrixMII/MIII，这也是一个超值的选择。

SLOTA主板+AMDK7：如果资金有充裕的话，还是选择SLOTA主板和AMDK7吧！K7可是AMD最高技术的产品，具有200MHz的外频，无论您要做什么工作，用它都不会后悔的。

6、CPU封装方式
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IntelVX、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VX、TX和VP3除了支持普通的SIMM（72线内存）夕卜，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。

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。

Slot：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，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。

（注：Socket--插座、Slot--狭槽）
7、CPU技术的发展：
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）以示区别。

而AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86处理器。

接下来Intel又为冲击服务器市场和争取多媒体制高点相继发布了PentiumPro和PentiumMMX。

这么多处理器的发布使这一段并不算长的时期充满了戏剧性。

（1）RISC取代CISC:在现在来看第五代的微处理器的问世，应该算得上是PC个人电脑发展史上里程碑式的事件。

然而这并非是因为它的速度较之以前有了本质的变化，主要原因是，从这里开始传统的X86指令集的CPU开始由CISC复杂指令集设计，转而开始采用部分RISC（简单指令系统计算机）技术。

虽然从外观上这些CPU的指令依然复杂而且长度也参差不齐，但实际其内部的微指令已经是整齐化一的简单指令了。

而由此也产生了两项全新的技术，超标量和流水线结构。

（2）复杂指令集：随着VLSI技术的发展，计算机的硬件成本不断下降，与此同时，软件成本却越来越高，这使得人们开始热衷于在指令系统中增加更多的指令以及让每条指令完成更复杂的工作，来提高操作系统的效率，并尽量缩短指令系统与高级语言的语义差别，以便于高级语言的编译和降低软件成本。

另外，为了做到程序兼容，同一系列计算机的新机器和高档机的指令系统只能扩充而不能减去任意一条，也促使指令系统愈加复杂。

于是我们就把这些计算机称为CISC（复杂指令系统计算机）。

（3）简单指令集：在发现了上述弊病以后，科学家们开始寻求解决办法。

1975年IBM公司开始研究指令系统的合理性问题。

其结果发现，CISC电脑中，各种指令的使用频率相差悬殊，最常使用的一些比较简单的指令，仅占指令总数的20%，但在程序中出现的频率却占80%。

于是着眼于减少指令的执行周期数，简化指令使计算机结构更加合理并提高运行速度的RISC电脑开始出现。

(4)流水线：介绍流水线结构打个比方最容易。

设想一下工厂里产品装配线的情况，在我们想要提高它的运行速度的时候，是怎么做的呢？把复杂的装配过程分解成一个一个简单的工序，让每个装配工人只专门从事其中的一个细节，这样每个人的办事效率都会得到很大的提高，从而使整个产品装配的速度加快。

这就是流水线的核心思想。

(5)超标量技术：如果说，流水线是依靠提高每个"操作工人"的效率来达到促进整体的结果的话，那超标量就纯粹是在增加"工人"的数量了。

它通过重复设置大量的处理单元，并按一定方式连接起来，在统一的控制部件控制下，对各自分配的不同任务并行的来完成不同操作。

由此近年来电脑微处理器发展的基石总算奠定了下来，接下来考虑的就是如何提高流水线的使用效率和研发更先进的并行技术了。

(6)MMX技术：实质上是"单指令流、多数据流"数据处理方式(SIMD)的一项具体应用。

它允许CPU同时
对2、4甚至8个整数数据进行并行处理，而丝毫不影响系统的速度。

在PentiumMMX结构的CPU中，增加若干64位的寄存器来完成上述使命。

其最初目的是用于提高CPU对3D数据的处理能力，但实质上3D技术更需要的是浮点运算。

随后出现的3DNow!、SSE和用于苹果电脑的AltiVfec指令系统很快便让其走入了历史。

(7)3DNow、：浮点运算一直是非IntelCPU的弱项，K6也不能例外。

虽然它努力做了一些改进，但和PII相比还是有较大的差距。

其实即便是PII的浮点运算能力也有限。

但人们对速度的认识最直接的地方就是看屏幕，只要那里很流畅，给人的印象就不会差到哪里去。

所以突破不成，就在个别点上做做文章吧。

这就有了3Dnow:技术，21条新的指令被内置到了CPU中，新的单指令多数据(SIMD)技术被用来缓解CPU与三维图形加速卡之间在三维图像建模和纹理数据取用中的传输瓶颈。

3Dnow:致力于提高个人电脑在三维图形、InternetVRML、AC-3杜比环绕音效处理以及其他浮点运算密集形应用程序上的处理能力。

把计算机业从"全能型"的设计思想中解放出来，开了专为3D应用而改进产品的先河。

在3Dnow:技术标准的整个制定过程中，AMD充分考虑了大多数软件开发商和硬件生产商的意见，得到了业界广泛的支持和优化。

这也是它成功的一个重要因素之一。

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L.写心切。