余振強紀念第二中學

1. 余振強紀念第二中學 中三級專題研習 CPU 組員:李明威 盧瑞景 謝旺 謝宇翔 阮逸鴻 3E(A)

2. 目錄 80586 序言 80586的CPU 分工表 80586的CPU CPU是甚麼？ 其他CPU CPU內部較重要的暫存器 以下是各CPU的一些編號的解釋 Intel 80287-10 問卷調查 CPU的歷史 CPU時脈 CPU的演進 CPU的插槽界面 8088/8086 CPU的工作電壓 80286 感想 80386 80486

3. 序言 • 在這個資訊科技時代,幾乎每個家庭都會有一台或以上的電腦,相信CPU(中央處理器)這個名字應該無人不知,無人不曉吧! • CPU相等於人的腦袋,我們在顯示屏裡所見的一切資訊都是經CPU所處理過的數據,這就正如人體一樣,所有的動作都是經大腦所發出的訊息而進行。 • 但深入一層來說,例如它的起源國家、出現年分、由誰發明、最初型號等等的問題,又有多少人清楚得撩如指掌呢? • 若您對這些問題感到疑惑,那您便要打開這份專題研習,CPU的歷史和發展都樣樣俱全。 回目錄

4. 分工表 目錄:李明威 序言:盧瑞景 封面:盧瑞景 資料搜集:謝旺, 謝宇翔 排版:謝宇翔 問卷調查:李明威 統計圖:阮逸鴻, 盧瑞景 表格: 阮逸鴻 回目錄

5. CPU是甚麼？ • CPU是Central Processing Unit「中央處理器」之簡稱，它是使整部電腦能夠運作的最核心、最重要的元件。 其作用就是當電腦系統開始運作時，CPU從記憶體內，讀取操作它的軟體的指令與資料，透過ALU運算出結果後存回記憶體，同時由主機板，與外界的I/O週邊溝通，達到資料處理的目的。 • CPU為控制整部電腦運作的中心樞紐，其內部包括控制單元、算術及邏輯單元、暫存器或記憶單元。 • 算術及邏輯運算單元(ALU)：加、減、乘、除及比較、選擇、判斷等運算。控制單元(CU)：翻譯程式中的指令的解碼功能及協調控制各部門依指令執行使電腦自動化處理資料。記憶單元：儲存目前正要被處理運算的程式或資料，容量以KB為單位。輸入單元(Input,I/P)：接受輸入的資料或程式，以供進一步處理。如：鍵盤、滑鼠等。輸出單元(Output,O/P)：負責將CPU處理結果輸出，輸出於各種輸出設備上，如：印表機、磁 碟機等。暫存器(Register)：暫時儲存資料，如用來儲存運算的累積器。其功能與記憶體相似 。 回目錄

6. CPU內部較重要的暫存器：1.程式計數器PC (Program Counter)：負責儲存CPU下一次所要執行的記憶體位址。2.指令暫存器IR (Instruction Register)：負責儲存CPU所要執行的指令。3.堆疊指標器SP (Stack Pointer)：負責儲存CPU目前使用的堆疊位址。4.位址暫存器MAR：負責儲存CPU所要存取記憶體資料的位址。 • 微電腦的基本結構1.位址匯流排Address Bus：負責傳送CPU所要存取資料的位址，它可以決定CPU所能處理的記憶體容量，Ｎ條位址線可以擁有2的N次方的記憶空間，而其位址為0至2的N次方來減1。2.資料匯流排Data Bus：負責傳送CPU所要存取的資料，其線數的多少代表CPU的字組Word，亦即CPU一次所能存取資料的基本單位，常稱N位元CPU亦就是此CPU有N條資料線。3.控制匯流排Control Bus：負責傳送CPU所發出的控制訊號。 • 衡量CPU的性能有下列幾項1.內部運算架構(Architexture)例如說這顆CPU的內部設計，是scalar，還是超純量(superscalar)的設計；有無內建快取記憶體，指令、資料與記憶體的讀寫設計等，都會影響整個CPU的運作效能。2.位元處理能力例如8位元、16位元的CPU。通常這跟CPU內部暫存器、資料匯流排或指令寬度有關。就Intel的定義，8086/286的通用暫存器(General Purpose Registers)GPR是16位元，所以它們算是16位元的CPU；386/486以至於Pentium、Pentium Pro，也是32位元的CPU，因為CPU核心的GPR只有32位元。3.記憶體容量我們說這顆CPU的記憶體控制範圍有多少MB，像386/486等32位元的CPU，其最大記憶體容量有2的32次方等於4096MB=4GB。4.工作時脈(clock)每個CPU工作時脈越高，執行指令的單位時間(cycle)越小，速度就越快。例如說Intel 486DX-33，是以33MHz(=33,000,000Hz/每秒鐘)為工作時脈，它其與同類型的486DX-25(24MHZ工作時脈)相比較，前者速度就比後者快上約33%。5.IC製程目前有BiCMOS與CMOS兩類。一般是以若依線路精密度來分，是以微米(micron,=10的負6次方M, 也就是百萬分之一公尺)。目前的CPU製程，已經進化到0.25um，將來還會拓展到0.18um。 回目錄

7. Duron密碼解剖 Athlon密碼解剖 編號 解釋 編號 解釋 第一行 AMD Duron 即AMD Duron處理器 第一行 AMDAthion 即AMD Athlon處理器 第二行 D900AUT1B 第二行 A1200AMS3C D 就係代表Duron A 就當然係Athlon意思 900 呢組數字顯示處理器時頻,呢粒就係Duron 900MHz喇。 1200 處理器時頻, 呢粒就係Athlon1200MHz (1.2GHz) 。 A 代表PGA封裝 A 代表PGA封裝 M 處理器VCore電壓,M就代表1.75V(此外會有P, 即1.7V。); 所以呢粒Althon所能承受最高工作電壓係1.75V。 U 處理器ＶCore電壓,U就係1.6V; 所以呢粒Duron所能承受最高工作電壓是1.6V。 T 同Temperature有關, 代表處理器最高工作溫度為攝氏90度。 S 處理器最高工作溫度,S係代表95度。 1 呢個你L2快取記憶體容量,1就等於64KB。 3 呢個係L2快取記憶體容量,3就係等於128KB B 處理器FSB工作時頻,B就等於200MHz。 C 處理器FSB工作時頻,C就等於266MHz。 第三行中間 0121 代表處理器製造年期,01就是2001年意思,21則指第21週生產 第三行 中間 0110 代表處理器製造年期,01就係2001年意思,10則 指第10週生產 以下是各CPU的一些編號的解釋 回目錄

8. CPU的歷史 • 1978 年 ， 美 國 Intel 公 司 首 次 生 產 出 16 位 的 微 處 理 器 ， 並 命 名 為 i8086。 這 款 產 品 使 用 的 指 令 集 人 們 稱 之 為x86指 令 集 。 以 後 ， Intel 陸 續 生 產 出 更 先 進 和 更 快 速 的 新 型 CPU， 這 些 新 型 的 CPU 都 兼 容 原 來 的 x86指 令 集 ， 被 稱 為 「x86 系 列CPU」 。 • 從1981年個人電腦(Personal Computer)興起至今，已經有十六、七年歷史了，而PC的CPU也經過數個世代的演進： • 第一代8086、8088、AT/XT第二代80286第三代80386第四代 80486第五代 Pentium、Pentium MMX、AMD K5/K6、Cyrix 6x86 MX第六代Pentium Pro、Pentium Ⅱ、Celeron、AMD K6-2、Cyrix M2、 IDTWinChip/WinChip-2第七代Intel Merced、AMD K7、IDT WinChip-3 回目錄

9. CPU的演進史 個人電腦採用8086 CPU演變至今，歷經80286、80386、80486、Pentium等多個世代，每一階段除了加強CPU的處理功能外，也不停的追求提昇執行速度，為了達成這些目標，設計及製造更佳的CPU，在有限空間中不斷添增電晶體數。在七○年代末期8086 CPU設計結構大約由三萬只電晶體組成，而在九○年代末期已增長至五百五十萬個以上晶體數的增加顯示功能的提昇，但是相對地要克服許多尖端科技上的困難。早期個人電腦CPU幾乎是Intel公司的天下，自從80486 CPU推出之後，坊間便有多家廠商研製相同功能的產品，所以Intel公司將586等級的CPU，改採有專利權的Pentium做為產品名稱，在此之後又有Pentium Pro、Pentium II、Pentium III等CPU的招出﹔至於其它競爭廠商例如﹕AMD(美商超微)、Cyrix(新銳士)等，則採用AMD K6-2、K6-3、K7﹔Cyrix 6X86MX、Cyrix MII、Cyrix MGX、MXi等名稱。目前，AMD推出第七代 ATHLON(K7)，時脈為1.2GMHz，Intel也有Pentium III 1GHz，相信未來在追求速度及功能上的更新會愈來愈快。 回目錄

10. 8088/8086 • 1981年的8月，IBM第一台個人電腦(Personal Computer,PC)問世，其內部所採用的CPU為Intel 8086，隨後問世的XT則採用Intel 8088，這時x86 CPU系列自此衍生，同時Intel授權給AMD生產，但NEC卻開發出比8086/8088相容且更強的V20、V30晶片，而後兩家公司相互控訴侵犯著作權，由於當時CPU微碼無法申請專利權，造成NEC的勝訴，但卻無礙於Intel的CPU王朝的建立，由於距今已約20年了。 回目錄

11. 80286 • ２８６時代也是所謂ＡＴ的時代，在速度的研發上並未有太大的進展，但對非圖型化的文書作業而言尚稱綽綽有餘，回想當時的單色螢幕、1.2MB磁碟機，甚至連滑鼠都用不著，若有台20MB的硬碟都還得拿出來炫耀一下，真是令人懷念的時代。 回目錄

12. 80386 • 在３８６時代，已是百家爭鳴的時代，不少廠商跨入此一領域，如Cyrix、TI德儀、CHIPs等，但在市場佔有率上仍是Intel瓜分了大半的市場，其他廠商皆是夾縫中求生存，但對消費者而言卻是個好消息，因競爭對手的價格策略，Intel已非當初一家獨大的局面，消費者的選擇也較多樣化，這種情形在４８６時代，更是明顯。 回目錄

13. 80486 • 486時代的來臨，象徵著電腦工業又邁向另一個世紀，在製程上的改進，CPU內含電晶體數大幅的提昇，再加上新的技術及程式，原本讓人感覺冷冰冰的電腦頓時像注入新的生命，再加上微軟視窗作業系統的普及，多媒體這個名詞自此誕生。 回目錄

14. 80586 回目錄 • 80586的CPU由於也是Intel率先開發上市，取其英文名字Pentium，有人稱它為”奔騰”，也有人取其諧音成為”笨蛋”，或許是諷刺買它的是個笨蛋吧？！但事實證明，586的CPU可一點都不笨呢，或者是說它是大智若愚呢？586的CPU可稱的是最長命的CPU，從1993年Intel推出0.8微米製程，273支接腳(Socket 5)及5V電壓之P-60及P66，一直到之後採0.6微米製程，融入330萬顆電晶體的296隻接腳(Socket 7)，供電電壓改採3.3V，體積更小也更省電的P-75開始，Pentium才正要好好的大展身手呢！接下來的P-75~P-200，MMX技術的加入，原以為會被P-PRO取代的Pentium居然擊退此一強敵，繼續向上推進其時脈(P-166MMX~P-266MMX) 。

15. 80586的CPU Intel Pentium-75 針 腳 數：296支 Intel Pentium-75 針 腳 數：296支 Intel Pentium-90 針 腳 數：296支 回目錄 Intel Pentium-100 針 腳 數：296支 Intel Pentium-120 針 腳 數：296支

16. 80586的CPU 回目錄 AMD K5-PR75 (針 腳 數：296支 ) AMD K5-PR100針 腳 數：296支 AMD K5-PR133 針 腳 數：296支 Cyrix 6x86-PR166 針 腳 數：296支

17. 其他CPU • 雖說這裡的標題是"其它CPU"，其實不僅是CPU，在這各位網友您可以看到一些像是數學處理器(FPU)或是其它您未曾看過的CPU，想拓展您的收藏領域嗎？可以試著去收藏此類的CPU喔～ 回目錄

18. Intel 80287-10在486DX系列之前， 數學處理器仍然獨 立於CPU之外，別 樹一格，這顆是屬 於286系列的FPU 回目錄

19. 余振強紀念第二中學 問卷調查 性別 : 男性/女性 年齡 : 10-20 21-30 31-40 41-50 51或以上 家中電腦的數目: 0 1-2 3-4 5或以上 您用電腦的用途:(可選一個答案) 1.文書 2.打機 3.動畫剪接 4.其他:_________ 您對電腦的認識有幾多: 1.完全不認識 2.略懂 3.十分認識 您家中CPU的牌子: 1.Inter 2.AMD 3.不清楚 您家中的電腦的CPU快唔快啦: 1.不快 2.普通 3.很快 4.不清楚 現在您家中電腦的CPU足夠嗎: 1.不足夠 2.足夠 您怎樣改善電腦的速度嗎: 1.更換新的CPU 2.超頻 3.不清楚 回目錄 回問卷調查分析

20. 問卷調查分析 問卷問題 現今市民所用CPU的型號 電腦用途 回目錄

21. ⊙CPU時脈 • CPU時脈或稱CPU頻率二字，我們常常會聽到一些人討論CPU的內頻、外頻、倍頻與超頻，這些名詞與CPU時脈有何關係？所謂「 內頻 」就是CPU晶片的內部時脈，也就是指CPU本身的執行速度，例如﹕Pentium III 800，內頻就是800MHz﹔在一般電腦系統中，除了CPU內部核心採用內頻速度運作，幾乎沒有其它元件能達到這種速度。而「 外頻 」則是指主機板上匯流排上的頻率，通常是以CPU速度的幾分之一運作，例如﹕外頻速度為66MHz或100MHz，從數據上可知CPU通常以快上數倍的時脈與外部元件同步進行工作。至於「 倍頻 」就是內頻與外頻間比例倍數，例如﹕內頻100MHz、外頻50MHz，倍頻為2﹔假如內頻100MHz、外頻66MHz，那麼倍頻為1.5。 回目錄

22. 回目錄 • ⊙CPU的插槽界面 • CPU在主機板上的插槽方式，多年來都是採用針狀式的Socket界面，早期Pentium CPU使用Socket 5規格插槽，外形是四方形有320個針腳﹔當Pentium CPU設計雙電壓時，就在原先Socket 5指槽增加了AH-32位置的一支針腳，用來控制核心電壓與實際工作電壓，因而有「Socket 7」規格，比Socket 5多了一針腳。 • 到了Pentium II時代，Intel設計了單邊插接SECC(Single Edge Contact)的CPU封裝方式，相對地在主機板上，也將針孔插入式改為板面插槽方式的「Slot 1界面」，Slot 1 插槽規格有121腳。Socket 7、Slot 1插槽在形狀大不相同，如下圖所示，所以配合的CPU當然不一樣，延伸到主機板的設計也不相同。 聽過了Socket 7插槽、Slot-1插槽，或許會有人提到「Super 7」與「Slot 2」兩種規格，Super 7插槽與Socket 7同一系列，但是支援100MHz CPU外頻﹔至於Slot 2是目前Intel 旗艦級Xeon CPU所使用的插槽，類似Slot 1插槽，但是具有330個插腳。 自從AMD與Cyrix公司紛紛提出高性能低價位的CPU，Intel公司為了搶攻低價位市場，於Pentium CPU系列外推出Celeron CPU，而且還為Celeron設計了一種新插槽「Socket 370」，它有370個插腳，成本比Slot 1要低一些。CPU的插槽成為百花齊放的多元局面。

23. 回目錄 • ⊙CPU的工作電壓 • 許多電腦考慮昇級時，其中的一項困難就是解決CPU工作電壓的不同，就以Pentium級CPU為例，早期生產Pentium CPU工作電壓是5V，容忍範圍為上下5%，也就是4.75V~5.25V。從Pentium CPU-75 演進到Pentium CPU-90，由於製程改變，工作電壓從5V而改採3.3V，如果想從CPU-75昇級至CPU-90，電壓問題便形成瓶頸。為了讓CPU有較大的彈性具備自動調適電壓的功能，Pentium Pro 的設計時在CPU晶片上有四條輸出腳位，即VID0、VID1、VID2、VID3，經由不同設定可輸出16種不同電壓準位。後期製造的Pentium CPU則採用兩種電壓設計，將CPU電壓設計成核心電壓(Vcore)及實際工作電壓(Vi/o)，一般實際工作電壓比核心電壓高些。

24. 現今市民所用CPU的型號 回目錄 回問卷調查分析

25. 電腦用途 回目錄 回問卷調查分析

26. 感想 • 在這次專題研習之中,我們選了資訊科技---CPU（中央處理器）作題目, 在搜集資料和問卷統計方面, 由於大家都沒有這方面的經驗, 所以有很大的難度。但幸好這次與以往的專題研習不同, 我們有了老師的協助, 很快便解決了問題。就算有部分同學對中央處理器沒有深厚的認識, 在老師的輔導下, 他們都能以使速完成自己的工作。 LO SUI KING 回目錄回感想

27. 感想 在這專題研習裹是我第一次參加這麼大型的專題研習，初初大家都很不重視這個報告，但經過長時間的合作，大家都能團結起來，雖然有兩組員不明白和不知道什麼是CPU，但聽他們說經過這次的專題研習己經常到很多，很多。所以在這裏要多謝我組的導師何sir，多謝。 TSE WONG 回目錄回感想

28. 感想 • 我做完這份專題研習後，知道很多有關CPU的歷史，這些都不能從課堂上學到的。雖然CPU這個題目很廣泛，大家都知是什麼，但是我們正搜集資料和設計問卷時，就有不少的困難。但幸好這次專題研習有老師的協助，我們很快便解決了問題。就算我組有一、兩位組員不知什麼是CPU，但我相信做完這份專題研習後，他們便知道很多有關CPU的資料了。 TSE YU CHEUNG HENRY 回目錄回感想

29. 感想 我造這份專題研習是關於CPU, 它令我學到很多有關CPU的資料, 我本來對CPU沒有太深入的認識, 但現在有關CPU的資料也增加了不少, 而合作方面也有小許問題, 但經過老師的指導和教訓下, 我們便再去完成這報告, 希望能把報告做得更好。 YUEN YAT HUNG 回感想 回目錄

30. 感想 我做完這份專題研習後,我覺得自己無論在電腦的常識也上了一課寶貴的一課,還有我在今次的學 習,老師和同學幫了我很大的幫助,從中我都知道一個人和幾個人做一份的報告是不同的,我曾經在街上做訪問,今次令我有很大的新鮮感,我很喜歡今次的學習,最後我要多謝我的朋友和我的老師. LI MING WAI 回目錄 回感想

31. 感想 李明威 謝 旺 謝宇翔 盧瑞景 阮逸鴻 回目錄