了解CPU讲解

1、第三章 了解CPU 主要内容： 认识CPU CPU的发展 CPU的分类 CPU的性能指标(重点和难点) 影响CPU性能的因素 CPU型号和产品 一、认识CPU（Central Processing Unit,中央处理器） 1、中央处理器CPU又叫作微处理器，它由控制器，运算器和存储 单元三部分组成。 2、职能：是整个系统的核心，也是整个系统最高的执行与控制 单位，其执行算数和逻辑运算及控制整个系统指令的算数与逻 辑运算，数据存储和传送，以及输入输出的控制！ 二、CPU 的发展 1、Intel 4004 （1）说明：1971年Intel将算数运算器和逻辑运控制电路 集成在了，发明了世界上第一片微处理器 （2）参数：4位处理器，含有2300个晶体管，108KHz的时钟频率 2、Intel 8086/8088 （1）说明：1978年和1979年先后推出 第三章 了解CPU （2）参数：16位微处理器，含有1.9万个晶体管，4.77MHz时钟频率 ，地址总线为20位，可使用1MB内存 （3）注：1981年，IBM首次将8088芯片用于PC机器中，开创了全 新的个人电脑时代。（8086的内部总线

2、和外部总线都是16位，而 8088的内部总线是16位，外部总线是8位） 3、Intel的80286 第三章 了解CPU （1）说明：1982年推出。其有两种工作模式：实模式和保护模式； 其中，实模式被限制在访问1M内存而保护模式下可访问16M内存。 （2）参数：16位处理器，24位地址总线，含有13.4万个晶体管 ，时钟频率为6MHz20MHz 4、Intel80386 （1）1985年推出。 （2）参数：32位处理器，含有27.5万个晶体管，最高频率为 33MHz地址总线为32位。 （3）注：其工作模式除了实模式和保护模式之外还增加了一个 虚拟86的工作模式，其可以模拟多个8086处理器，提供处理多 任务的能力。 第三章 了解CPU （4）说明：要运行浮点运算须领购80387协处理器芯片，此时 Intel设计了Cache 控制器82385 5、Intel 80486 （1）1989年推出 （2）参数：32位处理器，含有120万个晶体管，频率从 25MHz逐步提高到了100MHz ，集成了协处理器和8KB 的 Cache，首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个 时钟内执行一条

3、指令。 6、Intel Pentium （1）说明：1993年推出，被称为P5 第三章 了解CPU （2）参数：32位处理器，含有310万个晶体管，时钟频率从 60MHz和66MHz提高到了200MHz，采用了RISC的超标量流水线 （可并行执行两条或以上指令）16KB Cache ,采用了0.8微米工艺 ，电压为5v （3）1994年推出了改进型的P54，采用0.6微米和0.35微米的制造 工艺，电压降到了3.3V，引入了倍频系数的概念。 7、Intel Pentium Pro （1）1995年11月，Intel 推出的第一块第六代微处理器。 （2）参数：32位微处理器，含有550万个晶体管，时钟频率为 133MHz，0.25微米和0.35微米制造工艺，Cache为16KB， 第三章 了解CPU （3）注：首次将二级缓存整和到CPU中，使其频率与CPU同步，第一 次使用独立双总线结构（一条连接Cache另一条负责主存） 8、Intel Pentium MMX （1）1997年初，在Pentium和Pentium Pro基础上加了57条多媒 体指令，构成了Pentium MMX，其采用

4、了双电压设计，内核电压为 2.8v，系统I/O电压为：3.3v （2）参数：32位处理器，采用0.35微米制造工艺，集成32KB Cache 9、Pentium II （1）说明：PII第一次采用了slot1接口，处理器采用了sec（单边插接） 与主板相连。 第三章 了解CPU （2）参数：32位处理器，采用0.35微米制造工艺和0.25微米 制造工艺，集成了32KB的一级缓存，以及512KB的二级缓存 ，含有880万个集体管。 （3）此时，第一块Celeron（1998年）推出，其去掉了二级 Cache并简化了封装，加上了散热片。 10、Intel Pentium III （1）1999年 2月推出，其继续采用了slot1架构，10月份推出了 Socket 370接口的Pentium III处理器。 （2）在以往的MMX基础上，增加了70条多媒体指令SSE技 术，提高了专业运行速度（3D），采用了0.25微米和0.18微米制 造工艺，工作频率在500MHz以上，此时Celeron II代产生。 第三章 了解CPU 11、Intel Pentium 4 （1） 2000年11月21日

5、参数：首批P4主频为：1.5GHz和 1.4GHz，工作电压为1.7v （2） 2002年Pentium4 制作工艺为0.13微米，L2 cache加大为 512KB 12、Athlon64 2003年美国时间 9 月 23 日，全球第一款桌面系统 64bit 处理器在美国正 式发布。 当前主流产品： AMD 3800+ 关于cpu的命名: A： Pentium4处理器有Willamette，Northwood和prescott三种不 同芯片，其中w，核心术语最早产品，采用0.18微米工艺，发热大， 频率提升困难，二级缓存256kb，性能不佳，很快被n,核心的取代， n工艺为0.13微米工艺，二级缓存512kb，为了与只有256kb 的二级 缓存p4区别，intel在其型号后面加了一个大写字母“A”， 第三章 了解CPU E: 继northwood核心之后,intel又推出了90纳米工艺的 prescott核心的p4,它采用了一级流水线设计,配备16kb的一级数据缓存和1Mb 的L2 cache,intel又给她命名“E“. 如: p4 2.8E C: 继533MHZ FSB的产品之后

6、，推出了800MHZ 的P4，便给他用 了字母“C“ D: intel 将prescott核心的celeron处理器命名为“celeron D“ Celeron d 采用了90纳米的工艺,但他只拥有533mhz fsb和256kB L2 Cache,不支持超线程技术 B：市场上出现了533MHZ,FSB的845E主板，便又出现533MHZ的外频 CPU，为了与主频同而FSB为400的P4 CPU区别开，intel又给把他们加 上了字母“B” P4系列： A系列 NorthWood核心/478针脚/0.13微米/512K L2/400FSB。主要型 号有P4 2.0A，P4 2.26A。 特别注意P4 2.4A的参数如下：Prescott核心 /478针脚/0.09微米/1M L2/533FSB B系列 NorthWood核心/478针脚/0.13微米/512K L2/533FSB。主要型 号有P4 2.4B，P4 2.53B，P4 2.66B，P4 2.8B，P4 3.06B（HT） C系列 NorthWood核心/478针脚/0.13微米/512K L2/800FSB/HT 第三章

7、了解CPU E系列 Prescott核心/478针脚/0.09微米/1M L2/800FSB/HT频 率从3.4G及以上Prescott核心/LGA775/0.09微米/1M L2/800FSB/HT 另外：P4 2.8E，P43.0E，P43.2E，P43.4E这 几个型号同时存在478针脚和LGA775两种封装。特别注意：现 在市场上有一款P4 2.93E的CPU，其参数如下：Prescott核心 /LGA775/0.09微米/1M L2/533FSB EE系列 NorthWood核心/478针脚/0.13微米/512K L2/2M L3/800FSB/HT 第三章 了解CPU 第三章 了解CPU 三、CPU的工作原理 Cpu 执行三种基本操作，读出数据，处理数据和往内存写数据，cpu是特别纯净的硅 材料上制造的一个cpu芯片包含上千万个晶体管，在这上面存储对应于0和1的电荷， 而0和1组成了计算机工作采用的二进制语言和数据，成组的晶体管联合起来，可以存 储数据，也可进行逻辑运算和数字运算，一条指令可包含按明确顺序执行的许多操作 ，cpu的工作就是执行指令，工作过程为：指令指针给指

8、令读取器，指示存放指令的 内存地址，指令读取器从内存读取指令，并送给指令译码器，而指令译码器分析指令 ，并决定完成指令需多少步骤，如需处理，则ALU将按照指令要求工作，做加减或其 他运算，在CPU解释和执行指令后，控制单元告诉指令读取器从内存中读取下一条指 令，这个过程不断重复，产生在显示器上所看到的结果。 第三章 了解CPU 四、CPU的技术参数 1、主频：CPU运行时的时钟频率。主频直接影响CPU的运行速度，主频 越高速度越快，但主频相同的CPU性能不一定相同。 2、外频：CPU的基准频率，单位为MHz，外频是CPU与主板之间同步运 行的速度，也是大部分电脑内存与主板之间同步运行的速度，可理解为， CPU的外频直接与内存相连通，实现两者 间的同步运行状态。 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，在相同外频 下，倍频越高CPU的频率越高。 但在实际上，在相同外频下，高倍频的CPU本身意义并不大， 因为，CPU与系统之间的数据传输速度是有限的，CPU受其“瓶颈” 的影响。 第三章 了解CPU 4、前端总线（FSB）频率 总线是将信息以一个或多个源部件传送到一个

9、或多个目的部件的一组传输线。 通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。人们常常 以MHz表示的速度来描述总线频率。总线的种类很多，前端总线的英文名字是 Front Side Bus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前 端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。 北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件，并和南桥芯片连接。CPU 就是通过前端总线（FSB）连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换 数据。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道，因此前端总线的数据传输能 力对计算机整体性能作用很大，如果没足够快的前端总线，再强的CPU也 不能明显提高计算机整体速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数 据的宽度和传输频率，即数据带宽（总线频率数据位宽）8。 目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、 533MHz、800MHz几种，前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间 的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。现在的CPU技术发展 很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线可以保障有足够的数据供给 给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了 CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。 前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度，更实质性的表示了CPU和 外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的 ，也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次，它更多的 影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，主 要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium 4出现之前和刚出现 Pentium 4时），前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称前端总线为外 频，最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要 高于外频，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技术，或者其他类似的技术实 现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X，它们使得前端总线的频 率成为外频的2倍、4倍甚至更高，从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们 重视起来。 外频与前端总线频率的区别： 第三章 了解CPU 5、高速缓存（Cache）

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