CPU百科知识大全

前言

　　CPU是Central Processing Unit－－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IBM PC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。8 0386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C PU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Pentium MMX上市，年中Pentium II和AMD K6上市，年末Cyrix 6x86MX面市，98年更是“三足”鼎立，PII、赛扬、K6-2、MII杀得你死我活。自从推出Pentium II后，Intel便放弃了逐渐老化的Socket 7市场转而力推先进的Slot 1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，AG P总线技术、100MHz外频，这些原先只有在Slot 1上才能实现的技术在AMD首先倡导的Super 7时代也实现了，虽然K6-2和Super 7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Winchip C6、Winchip C6-2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Socket　370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Socket 4、Socket 5、Socket 7到现在的Socket 370。

　　以我们最常见的Socket 7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。Socket 7插座适用范围很广，不但可以安装Intel P entium、Pentium MMX，还可以安装AMD K5、K6、K6-2、K6-III、Cyrix MII等等处理器。

　　与Socket 7搭配的主板芯片组主要有Intel VX、HX、TX，VIA VP2、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）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Super 7标准是在Socket 7基础上发展起来的，与后者相比，Super 7结构增加了对处理器100M Hz外频、AGP的支持，其代表产品为VIA的MVP3芯片组，Super 7架构可以支持AMD K6-2、K6-III处理器。

　　2. Slot

　　我们先来看看Slot 1，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SE C（单边接触）封装技术的Pentium II、Pentium III和Celeron处理器，除了接口方式不同外，Slot 1所支持的 特性与Super 7系统没有什么太大的差别。Intel LX、EX和Intel BX、VIA Apollo Pro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。

　　Slot 2接口标准与Slot 1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Intel GX、NX ，处理器为Xeon至强。

　　与Slot 1、Slot 2不同，Slot A接口标准是由Intel的竞争对手AMD提出的，它支持AMD K7处理器，与其搭 配的芯片组为AMD自己的AMD 751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Slot A与Slot 1十分相像，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L 1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

　　Intel Pentium处理器

　　Intel Pentium也称为经典奔腾（Intel Pentium Classic），它是真正的第五代处理器。早期的Pentium 60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C6 CPU，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Intel CPU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AMD CPU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。

　　　Intel Pentium MMX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。Pentiu m MMX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P entium Pro、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Pentium MMX即使在运行非MMX优化的程序时也比同主频的Pentium CPU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。

　　与经典奔腾不同，Pentium MMX采用了双电压设计，其内核电压为2.8V，系统I/O电压仍为原来的3.3V。如 果你的主板不支持双电压设计，那么你就无法升级到Pentium MMX。 评价： 性能：新增的57条MMX多媒体指令以及众多改进的数据处理技术使得Pentium MMX的性能相当出色，特别是在运 行那些专门为MMX做过优化的应用软件时，其速度优势更加明显。但遗憾的是，MMX指令只提高了CPU的整数运算 效能，Pentium MMX的浮点运算能力与传统的Pentium相比，有提高，但不是很多。 可升级性：如果你用的是台式PC，Pentium MMX的最高频率是233MHz，这对于现今的大部分应用软件来说已经足 够用了。如果一定要升级的话，在主板支持相应电压的情况下，你可以选择AMD公司的K6、K6-2系列或者Cyrix (IBM) 6X86MX、MII。 超频性：Intel对大部分的Pentium MMX进行了锁频，没有锁频的少之又少。如果你想超频的话，那么只能考虑 75、83或者100MHz外频（前提是你得有一块支持100外频的主板）。调高CPU的核心电压是提高超频成功性的有 效方法之一，当然，良好的散热也是必不可少的。

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

　　建议：Pentium MMX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。

　　Intel Pentium II处理器

　　Pentium II是新一代的奔腾处理器，主要有233、266、300、333、350、400、450MHz七种规格。Pentium II的发展历经了三个阶段：第一阶段的Pentium II代号“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Pentium II代号为 “Deschutes”， 采用0.25微米工艺制造，由于工艺的改进，新一代Pentium II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Pentium II代号仍为“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。

　　Pentium II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Slot 1架构，这从外表上就可 以很明显的看出来。Pentium II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.），Socket 7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Pent ium II的性能与Pentium相比有了比较大的提高。此外，Pentium II系列也包含有MMX指令集。

　　评价： 性能：Pentium II的整体性能与Pentium和Pentium MMX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，Intel CPU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Pentium III。总之，P II的可升级性还算不错。

　　超频性：Pentium II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P II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AMD K6-2相比，PII的价格有些高，当前市场上主流的PII 350报价一般在1200元左右，而PII 450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，Pentium II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。

　　Intel Celeron处理器

　　虽然Pentium II的性能不错，但是其昂贵的价格使不少人投向了Super 7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：第一阶段是代号为“Covington”的赛扬266和300，采用0.2 5微米工艺制造，Slot 1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MMX 233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 阶段的赛扬代号为“Mendocino”，采用0.25微米工艺，Slot 1架构，它与Covington最大的不同便是增加了整 合在CPU内部的128K L2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128K L2缓存（PII L2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Socket 370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Socket 370接口赛扬333和366，届时将有Intel ZX芯片组与其配合 ，与现在市场上流行的赛扬300A相比，这种Socket 370接口的赛扬只是改变了接口方式并提高了主频（但还是 运行在66Mhz的外频上），其它没有任何变化。

　　赛扬系列的核心工作电压为2.0V。

　　评价：

　　性能：赛扬系列有着与PII一样优秀的浮点运算性能，尽管由于缺乏L2缓存的支持，早期赛扬的整数运算能力不 尽如人意，但是新赛扬片内集成的全速128K缓存使得其整数性能大幅度提高，已经接近同主频的PII。 可升级性：这个要取决于主板，如果是BX或ZX芯片组的主板，那么你将有机会使用最新的高频率赛扬或者PII和 PIII，而不管它们工作在66或100MHz的外频下。如果你用的是LX和EX芯片组的主板，那么你很可能与PIII无缘 了，工作在66MHz外频下的高频率赛扬也许会是你最好的选择。

　　　超频性：赛扬的可超频性非常出色，由于Intel锁住了赛扬的倍频设置，我们只好超外频。早期的无Cache赛扬 没有了缓存的限制，一般都可以工作在100MHz甚至是112Mhz的外频下。新的赛扬300A和333超75和83外频没有任 何问题（前提是外设可以承受这么高的频率），能否上100外频就要看你的运气了，相比较而言，300A上100外 频要比333容易的多。这从近几个月来300A的超频狂潮就可以看出。

　　价格：赛扬系列的价格十分低廉，较高的性价比是其最吸引人的地方。市面上Socket 370的赛扬366价格为410 元，400为570元。

　　建议：赛扬无疑是低端PC最好的选择，优秀的性能，低廉的价格，赛扬很快便红遍大江南北，成为硬件爱好者 们最热衷于讨论的话题。如果你近期有装机的打算，又为资金苦恼的话，赛扬366或400将是你最佳的选择。

　　Intel Pentium III处理器

　　Pentium III处理器是Intel的新一代产品，它采用0.25微米制造工艺，使用的是Katmai内核，新的SECC2插 口。PIII拥有32K一级缓存和512K二级缓存（运行在芯片核心速度的一半下），包含MMX指令和Intel自己的“3 D”指令――SSE，Streaming SIMD Extensions。最初发行的PIII有450和500MHz两种规格，其系统总线频率为 100MHz。

　　从上面的介绍我们可以看到，除了SSE指令外，PIII与PII是那么的相象，事实上也正是如此，在运行没有 为SSE指令优化过的应用软件时，PIII与PII的速度几乎一样。

　　评价：

　　性能：PIII继承了PII的优秀性能，无论是整数还是浮点运算，均十分出色，在运行没有SSE优化的软件时，速 度与同主频PII相当，在运行专门为SSE指令优化过