第四讲中央处理器

第四讲中央处理器 讲授：周卫华湖南司法警官职业学院管理系 TEL:13508489871 QQ：283774181 联系空间:世界大学城空间入口

目录 • 3.1 CPU发展简介 • 3.2 CPU的原理及性能指标 • 3.3 了解 CPU 接口 • 3.4 CPU 专业术语详解 • 3.5 CPU 编号的识别

CPU内部结构分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。自1978年Intel公司推出首枚16位微处理器8086发展到现在的Intel Core 2 时代，经过了不到40年的时间。 • 目前世界上生产CPU 的厂商除Intel之外，还有AMD、Cyrix/IBM等。AMD 公司是在1969 年创立的，专门生产个人电脑与网络通信设备的集成电路，是全球第二大 x86 系列兼容型 CPU 的制造商。

3.1 CPU 发展简介 • 3.1.1 Intel公司产品 1. 4004和8086 1971年，世界上第一块微处理器4004在Intel公司诞生了； 1978年推出 16位的微处理器8086，20位地址线,，内存寻址范围为1M字节。 2. 80286 1982年推出，含有13.4万个晶体管，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。 3. 80386 1985年推出，属于32位微处理器，其内部和外部数据总线、地址总线全部扩展为32位，可寻址4GB内存。 4. 80486 1989年由Intel公司推出，由120万个晶体管组成。其时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。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

5. Pentium（奔腾） 1993年推出的新一代微处理器，集成了310万个晶体管。 64位数据总线，16KB的高速缓存，采用 MMX技术。 6. 移动式Pentium 专为笔记本计算机设计制造。使用经过改良过的0.25um制造技术使的CPU的时钟频率成功的超过了266MHz。 7. Pentium II 1997年推出，采用SLOT 1模式的插座，Intel将其称为SEC（Single Edge Contact单边接触）卡盒的电路板，用塑料封装。 8. 赛扬属于Pentium II的低价位版本，被称为“Celeron”。是将Pentium II处理器的二级Cache去掉，并简化了封装形式，因为没有了Cache或Cache容量较小，其速度明显下降。

9. 赛扬 300A 是包含了128K 二级缓存的Pentium II处理器，其缓存是集成在CPU内部的，速度和CPU相同，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。 10. 赛扬 Socket 370 Intel推出的一款低价位的赛扬处理器，封装成带有针脚的Socket结构，内部仍然集成了128K的Cache。 11. Intel Pentium III Pentium III就是Katmai ，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。新增加了KNI指令集，可以大大提高3D运算、动画片、影像、音效等功能 12. Intel Pentium 4 采用QDR(Quad Data Rate )技术，可以在不提高频率的前提下达到400MHz总线的传输效能，数据宽度高达3.2GBps。提供128位SIMD整数运算操作和128位双精度浮点运算操作，使P4在游戏以及多媒体解码中可以发挥更高的性能。 13. Intel Core 2 Duo 在一块芯片上嵌入两个执行内核，65纳米制程处理器，因为晶体管的体积超小，使得一个单元可以容纳一百个晶体管。由于电子间的距离被缩短了，两个处理器可以共享资源。

1. AMD K6-2（3D NOW!） 内含930万个晶体管，支持AGP。内部集成了64K的一级高速缓存，和CPU同频率。 2.AMD K6-3 2.1.2 AMD公司系列 CPU 使用3D NOW！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。最低的主频是400MHz，外频是100MHz，集成了2130万个晶体管。 3.AMD K7 外频是200MHz，采用新的制造技术，同时加强了整数、浮点运算和多媒体运算。 4.AMD Athlon XP 采用了Palomino核心，集成3750万只晶体管，0.18um铜导线工艺技术，采用稳定的Socket A架构，并可支持DDR内存， 5.AM2系列 2006年AMD推出了采用Windsor内核64位双核CPU。采用0.09um制造工艺，集成2亿4千300万只晶体管。新增了支持双通道DDR2内存、更高的CPU总体带宽、支持虚拟化技术、低功耗设计。

2.1.3 其他公司CPU 1. Cyrix MII/MIII Cyrix公司产品，外频是66MHz。内部增加3D NOW!技术，集成256K和CPU同频的二级缓存，并改善了浮点运算性能。 2. IDT WinChip 2 美国IDT公司1997年推出了第一个微处理器WinChip，1998年5月推出了第二代产品WinChip 2，还有一款带有3D NOW!指令的WinChip 2-3D，这一代的处理器也带有MMX指令，其最高的频率是300MHz，采用SOCKET 7结构，SUPER 7(SOCKET 7)主板都可以支持。

控制单元 调度存储应用程序程序指令存储单元逻辑运算单元 3.2 CPU的原理及性能指标 3.2.1 CPU的基本构成 CPU内部的结构可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元（包括内部总线及缓冲器）三大部分。图3-8 CPU原始工作模式

FC SC DC EC N N DMA 中断 Y IC DMA • 3.2.2 CPU的工作原理 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）。

3.3 了解 CPU 接口 1．Socket 478 采用0.13微米工艺加工，处理器的频率可以超过2GHz。主板大多采用Brookdale (i845)芯片组。 2. Socket A Socket A是AMD为其K7家族的处理器提供接口的一款主板，接口多基于KT133A、266A等VIA的芯片组主板。 3. Socket 423 早期的Pentium 4系列处理器采用的封装方式，有775个CPU针脚插孔，目前已经被淘汰。 4. Socket 775（Intel）又称为Socket T，有775个CPU针脚插孔。采用此种插槽的有Pentium 4、Celeron D以及双核心的Pentium D等CPU，Core架构的处理器也采用这种插槽。 5. SLOT 1 技术结构比较先进，能提供更大的内部传输带宽和CPU性能，采用SLOT 1接口的主板芯片组有Intel的BX、i810、i820系列及VIA的Apollo系列。

6. SLOT 2 主要用于高端服务器及图形工作站的系统。所用的CPU也是很昂贵的Xeon（至强）系列。主板多有两个以上的CPU插槽，支持SLOT 2接口的主板芯片组有440GX和450NX。 7. SLOT A 采用Digital公司的Alpha总线协议EV6。采用462针脚接口设计，支持200MHz的总线频率。 8. Socket 370 Intel将赛扬A被改造成Socket 370结构，相应的出现了廉价Socket 370主板。采用Intel ZX、BX、i810芯片组的产品， 9. Socket AM2（AMD）支持AMD 64位桌面CPU的插槽标准。具有940个CPU针脚插孔。

表3-3 早期的CPU接口

3.4 CPU 专业术语详解 一、 IA-32&IA-64 IA是英语"英特尔体系/Intel Architecture"的缩写。推出的Pentium III都还是32位的，所以又被列为IA-32。而IA-64就是Intel推出的64位CPU 二、 CPU的位和字长 1、位在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有"0"和"1"，其中无论是"0"或是"1"在CPU中都是一"位"。 2、字长 CPU在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数三、 CPU外频单位时间秒（S）内输入CPU的脉冲数，即 CPU总线频率，单位是MHz。四、 CPU主频： CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，主频等于"外频×倍频系数"。五、倍频系数 CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。

六、流水线 指处理器内核中运算器的设计。就是把一个复杂的运算分解成很多个简单的基本运算，然后由专门设计好的单元完成运算。七、多线程技术简称SMT，通过复制处理器上的结构状态，让同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行资源，可最大限度地实现宽发射、乱序的超标量处理，提高处理器运算部件的利用率，缓和由于数据相关或Cache未命中带来的访问内存延时。八、超线程技术（Hyper-Threading，简写为HT）是一种同步多线程执行技术，采用此技术的CPU内部集成了两个逻辑处理器单元，相当于两个处理器实体，可以同时处理两个独立的线程。九、乱序执行技术指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相电路单元处理的技术。当然在各单元不按规定顺序执行完指令后，还必须由相应电路再将运算结果重新按原来程序指定的指令顺序排列后才能返回程序。十、分枝指程序运行时需要改变的节点。

十一、分枝预测和推测执行技术 是CPU动态执行技术中的主要内容，动态执行是CPU主要采用的先进技术之一。采用分枝预测和动态执行的主要目的是为了提高CPU的运算速度。推测执行是依托于分枝预测基础上的，在分枝预测程序是否分枝后所进行的处理也就是推测执行。十二、多核心指单芯片多处理器（Chip multiprocessors，简称CMP），其思想是将大规模并行处理器中的SMP（对称多处理器）集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。十三、指令特殊扩展技术 CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，通常把CPU的扩展指令集称为“CPU扩展指令集"。十四、系统总线(前沿总线)速度（FSB：Front Side Bus）是从CPU到芯片组（北桥）之间的总线工作频率，一般等同于CPU的外频。十五、缓存：Cache是高速缓冲存储器简称高速缓存，它是用来存储一些常用或即将用到的数据或指令，当需要这些数据或指令的时候直接从缓存中读取，这样比到内存甚至硬盘中读取要快得多缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大。

十六、 SMP SMP（Symmetric Multi-Processing），对称多处理结构的简称，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。十七、制造工艺制造工艺直接关系到CPU的电气性能。线宽越小，CPU的功耗和发热量就越低，并可以工作在更高的频率上，现在推出的CPU已经已经发展到0.065微米的制造工艺了。十八、电压（Vcore） CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种，通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。制作工艺越小，内核工作电压越低； I/O电压一般都在1.6~5V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。十九、封装形式 CPU封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施，CPU的封装方式取决于CPU安装形式和器件集成设计， Socket插座进行安装的CPU使用PGA(栅格阵列)方式封装，而采用Slot x槽安装的CPU则全部采用SEC(单边接插盒)的形式封装。

3.5 CPU 编号的识别 最上面的字母INTEL 05，代表2005年Inter公司产品。第二行的CELERON D表示这颗CPU的系列，就是我们常说的赛扬D。第三行，开始的352，是Intel处理器上的一个产品编号，紧接着后面是SL96P，这几个字母叫S-Spec编码，为了方便用户查询其CPU产品所制定的一组编码， S-Spec的含义无法直接看出，通过此编码到Intel的官方网站上查询http://processorfinder.intel.com/Default.aspx，就可以直接查到这个型号CPU的一切相关信息，再后面的COSTA RICA，是这颗CPU的产地，哥斯达黎加。 • 3.5.1 Intel CPU编号第四行 3.20GHz这颗CPU的主频，512是处理器的二级缓存，这颗赛扬D是最新的65nm工艺，所以二级缓存是512K，同样外频也提高到了533Hz。最后的05A是生产日期。

3.5.2 AMD CPU标号 1．AMD系列939针CPU识别方法前三位字母代表处理器系列，ADA表示Athlon64 。3000表示处理器型号，3000即为Athlon64 3000+处理器。之后的第一位字母“D“表示封装格式，“D”为Socket 939接口。 3000之后的第二位字母“A”表示工作电压，“A”代表1.35—1.4V。3000之后的第三位字母“A”表示最高温度， “A”代表65—70度。之后的数字则表示二级缓存大小，“4”表示512KB。最后两位字母是一个整体，它表示处理器的步进值，“BW“代表最为先进的E6步进。

前三位字母”SDA“代表Sempron处理器 数字3000之后第一位字母虽然同样代表处理器的封装格式，但是字母所代表具体含义则发生了变化，“A”仍代表Socket 754接口，不过字母“D”在Sempron处理器当中代表已经过时的Socket 462接口而不是Socket 939接口。最后两位字母仍代表步进值，但是字母含义同样发生了改变。代表最为先进E6步进的字母换成了”BX”而并非Socket 939接口中的”BW“。 • 2．AMD系列754针CPU识别方法对于CPU的检测，我们可以使用如CPU-Z之类的软件来完成

中关村 总结通过本讲学习，我们一起来了解计算机CPU的工作原理和发展历史，掌握其相关术语与基础知识，并且熟悉目前市场上主流产品和最新资讯。太平洋课外作业 P38：一，三! 电脑之家

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