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haha688的围脖
2012-03-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《CPUdoc》,可适用于IT/计算机领域

CPU简介  CPU是中央处理单元(CentralProcessingUnit)的缩写它可以被简称做微处理器(Microprocessor)不过经常被人们直接称为处理器(processor)。不要因为这些简称而忽视它的作用CPU是计算机的核心其重要性好比大脑对于人一样因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据而主板芯片组则更像是心脏它控制着数据的交换。CPU的种类决定了你使用的操作系统和相应的软件。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成是PC的核心再配上储存器、输入输出接口和系统总线组成为完整的PC(个人电脑)。寄存器组用于在指令执行过后存放操作数和中间数据由运算器完成指令所规定的运算及操作。编辑本段CPU性能指标  主频   主频也叫时钟频率单位是MHz(或GHz)用来表示CPU的运算、处理数据的速度。CPU的主频=外频×倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度这不仅是个片面的而且对于服务器来讲这个认识也出现了偏差。至今没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系即使是两大处理器厂家Intel英特尔和AMD在这点上也存在着很大的争议从Intel的产品的发展趋势可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。像其他的处理器厂家有人曾经拿过一块G的全美达处理器来做比较它的运行效率相当于G的Intel处理器。  所以CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中也可以看到这样的例子:GHzItanium芯片能够表现得差不多跟GHz至强(Xeon)Opteron一样快或是GHzItanium大约跟GHzXeonOpteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等等各方面的性能指标。  主频和实际的运算速度是有关的只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面而不代表CPU的整体性能。  外频   外频是CPU的基准频率单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。通俗地说在台式机中所说的超频都是超CPU的外频(当然一般情况下CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度两者是同步运行的如果把服务器CPU超频了改变了外频会产生异步运行(台式机很多主板都支持异步运行)这样会造成整个服务器系统的不稳定。  目前的绝大部分电脑系统中外频与主板前端总线不是同步速度的而外频与前端总线(FSB)频率又很容易被混为一谈下面的前端总线介绍谈谈两者的区别。前端总线(FSB)频率   前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算即数据带宽=(总线频率×数据位宽)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。比方现在的支持位的至强Nocona前端总线是MHz按照公式它的数据传输最大带宽是GB秒。  外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次而MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是MHz×bit÷bitByte=MBs。  其实现在“HyperTransport”构架的出现让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。IA架构必须有三大重要的构件:内存控制器Hub(MCH),IO控制器Hub和PCIHub像Intel很典型的芯片组Intel、Intel芯片组为双至强处理器量身定做的它们所包含的MCH为CPU提供了频率为MHz的前端总线配合DDR内存前端总线带宽可达到GB秒。但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题而且更有效地提高了总线带宽比方AMDOpteron处理器灵活的HyperTransportIO总线体系结构让它整合了内存控制器使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话前端总线(FSB)频率在AMDOpteron处理器就不知道从何谈起了。、CPU的位和字长   位:在数字电路和电脑技术中采用二进制代码只有“”和“”其中无论是“”或是“”在CPU中都是一“位”。  字长:电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为位数据的CPU通常就叫位的CPU。同理位的CPU就能在单位时间内处理字长为位的二进制数据。字节和字长的区别:由于常用的英文字符用位二进制就可以表示所以通常就将位称为一个字节。字长的长度是不固定的对于不同的CPU、字长的长度也不一样。位的CPU一次只能处理一个字节而位的CPU一次就能处理个字节同理字长为位的CPU一次可以处理个字节。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。在相同的外频下倍频越高CPU的频率也越高。但实际上在相同外频的前提下高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的少量的如Inter酷睿核心的奔腾双核EK和一些至尊版的CPU不锁倍频而AMD之前都没有锁现在AMD推出了黑盒版CPU(即不锁倍频版本用户可以自由调节倍频调节倍频的超频方式比调节外频稳定得多)。 缓存   缓存大小也是CPU的重要指标之一而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大CPU内缓存的运行频率极高一般是和处理器同频运作工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时CPU往往需要重复读取同样的数据块而缓存容量的增大可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率而不用再到内存或者硬盘上寻找以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑缓存都很小。  L Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存分为数据缓存和指令缓存。内置的L高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成结构较复杂在CPU管芯面积不能太大的情况下L级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L缓存的容量通常在KB。  L Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同而外部的二级缓存则只有主频的一半。L高速缓存容量也会影响CPU的性能原则是越大越好以前家庭用CPU容量最大的是KB现在笔记本电脑中也可以达到M而服务器和工作站上用CPU的L高速缓存更高可以达到M以上。  L Cache(三级缓存)分为两种早期的是外置现在的都是内置的。而它的实际作用即是L缓存的应用可以进一步降低内存延迟同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L缓存的配置利用物理内存会更有效故它比较慢的磁盘IO子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。  其实最早的L缓存被应用在AMD发布的KIII处理器上当时的L缓存受限于制造工艺并没有被集成进芯片内部而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。接着就是PEE和至强MP。Intel还打算推出一款MBL缓存的Itanium处理器和以后MBL缓存的双核心Itanium处理器。  但基本上L缓存对处理器的性能提高显得不是很重要比方配备MBL缓存的XeonMP处理器却仍然不是Opteron的对手由此可见前端总线的增加要比缓存增加带来更有效的性能提升。CPU扩展指令集   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。指令的强弱也是CPU的重要指标指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分而从具体运用看如Intel的MMX(MultiMediaExtended)、SSE、SSE(StreamingSingleinstructionmultipledataExtensions)、SEE、SSE系列和AMD的DNow!等都是CPU的扩展指令集分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。通常会把CPU的扩展指令集称为”CPU的指令集”。SSE指令集也是目前规模最小的指令集此前MMX包含有条命令SSE包含有条命令SSE包含有条命令SSE包含有条命令。目前SSE也是最先进的指令集英特尔酷睿系列处理器已经支持SSE指令集AMD会在未来双核心处理器当中加入对SSE指令集的支持全美达的处理器也将支持这一指令集。CPU内核和IO工作电压   从CPU开始CPU的工作电压分为内核电压和IO电压两种通常CPU的核心电压小于等于IO电压。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定一般制作工艺越小内核工作电压越低IO电压一般都在~V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。制造工艺   制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计意味着在同样大小面积的IC中可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。现在主要的nm、nm、nm、nm、纳米。最近官方已经表示有纳米的制造工艺了。  指令集   ()CISC指令集  CISC指令集也称为复杂指令集英文名是CISC(ComplexInstructionSetComputer的缩写)。在CISC微处理器中程序的各条指令是按顺序串行执行的每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单但计算机各部分的利用率不高执行速度慢。其实它是英特尔生产的x系列(也就是IA架构)CPU及其兼容CPU如AMD、VIA的。即使是现在新起的X(也被成AMD)都是属于CISC的范畴。  要知道什么是指令集还要从当今的X架构的CPU说起。X指令集是Intel为其第一块位CPU(i)专门开发的IBM年推出的世界第一台PC机中的CPUi(i简化版)使用的也是X指令同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X芯片以后就将X指令集和X指令集统称为X指令集。  虽然随着CPU技术的不断发展Intel陆续研制出更新型的i、i直到过去的PII至强、PIII至强、PentiumPentium系列最后到今天的酷睿系列、至强(不包括至强Nocona)但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X指令集所以它的CPU仍属于X系列。由于IntelX系列及其兼容CPU(如AMDAthlonMP、)都使用X指令集所以就形成了今天庞大的X系列及兼容CPU阵容。xCPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。  ()RISC指令集  RISC是英文“ReducedInstructionSetComputing”的缩写中文意思是“精简指令集”。它是在CISC指令系统基础上发展起来的有人对CISC机进行测试表明各种指令的使用频度相当悬殊最常使用的是一些比较简单的指令它们仅占指令总数的%但在程序中出现的频度却占%。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性使处理器的研制时间长成本高。并且复杂指令需要复杂的操作必然会降低计算机的速度。基于上述原因世纪年代RISC型CPU诞生了相对于CISC型CPU,RISC型CPU不仅精简了指令系统还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”大大增加了并行处理能力。RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言RISC的指令格式统一种类比较少寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多了。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。  目前在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有以下几类:PowerPC处理器、SPARC处理器、PARISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。  ()IA  EPIC(ExplicitlyParallelInstructionComputers精确并行指令计算机)是否是RISC和CISC体系的继承者的争论已经有很多单以EPIC体系来说它更像Intel的处理器迈向RISC体系的重要步骤。从理论上说EPIC体系设计的CPU在相同的主机配置下处理Windows的应用软件比基于Unix下的应用软件要好得多。  Intel采用EPIC技术的服务器CPU是安腾Itanium(开发代号即Merced)。它是位处理器也是IA-系列中的第一款。微软也已开发了代号为Win的操作系统在软件上加以支持。在Intel采用了X指令集之后它又转而寻求更先进的bit微处理器Intel这样做的原因是它们想摆脱容量巨大的x架构,从而引入精力充沛而又功能强大的指令集于是采用EPIC指令集的IA架构便诞生了。IA在很多方面来说都比x有了长足的进步。突破了传统IA架构的许多限制在数据的处理能力系统的稳定性、安全性、可用性、可观理性等方面获得了突破性的提高。  IA微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x的兼容而Intel为了IA处理器能够更好地运行两个朝代的软件它在IA处理器上(Itanium、Itanium……)引入了xtoIA的解码器这样就能够把x指令翻译为IA指令。这个解码器并不是最有效率的解码器也不是运行x代码的最好途径(最好的途径是直接在x处理器上运行x代码)因此Itanium和Itanium在运行x应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为X产生的根本原因。  ()X(AMDEMT)  AMD公司设计可以在同一时间内处理位的整数运算并兼容于X架构。其中支持位逻辑定址同时提供转换为位定址选项但数据操作指令默认为位和位提供转换成位和位的选项支持常规用途寄存器如果是位运算操作就要将结果扩展成完整的位。这样指令中有“直接执行”和“转换执行”的区别其指令字段是位或位可以避免字段过长。  x(也叫AMD)的产生也并非空穴来风x处理器的bit寻址空间限制在GB内存而IA的处理器又不能兼容x。AMD充分考虑顾客的需求加强x指令集的功能使这套指令集可同时支持位的运算模式因此AMD把它们的结构称之为x。在技术上AMD在x架构中为了进行位运算AMD为其引入了新增了RR通用寄存器作为原有X处理器寄存器的扩充但在而在位环境下并不完全使用到这些寄存器。原来的寄存器诸如EAX、EBX也由位扩张至位。在SSE单元中新加入了个新寄存器以提供对SSE的支持。寄存器数量的增加将带来性能的提升。与此同时为了同时支持和位代码及寄存器x架构允许处理器工作在以下两种模式:LongMode(长模式)和LegacyMode(遗传模式)Long模式又分为两种子模式(bit模式和Compatibilitymode兼容模式)。该标准已经被引进在AMD服务器处理器中的Opteron处理器  而今年也推出了支持位的EMT技术再还没被正式命为EMT之前是IAE这是英特尔位扩展技术的名字,用来区别X指令集。Intel的EMT支持位submode和AMD的X技术类似采用位的线性平面寻址加入个新的通用寄存器(GPRs)还增加个寄存器支持SSE指令。与AMD相类似Intel的位技术将兼容IA和IAE只有在运行位操作系统下的时候才将会采用IAE。IAE将由个submode组成:位submode和位submode同AMD一样是向下兼容的。Intel的EMT将完全兼容AMD的X技术。现在Nocona处理器已经加入了一些位技术Intel的PentiumE处理器也支持位技术。  应该说这两者都是兼容x指令集的位微处理器架构但EMT与AMD还是有一些不一样的地方AMD处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。 超流水线与超标量   在解释超流水线与超标量前先了解流水线(pipeline)。流水线是Intel首次在芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线然后将一条X指令分成步后再由这些电路单元分别执行这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水即指令预取、译码、执行、写回结果浮点流水又分为八级流水。  超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器其实质是以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作其实质是以时间换取空间。例如Pentium的流水线就长达级。将流水线设计的步(级)越长其完成一条指令的速度越快因此才能适应工作主频更高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象Intel的奔腾就出现了这种情况虽然它的主频可以高达G以上但其运算性能却远远比不上AMDG的速龙甚至奔腾III。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一般必须在封装后CPU才能交付用户使用。CPU的封装方式取决于CPU安装形式和器件集成设计从大的分类来看通常采用Socket插座进行安装的CPU使用PGA(栅格阵列)方式封装而采用Slotx槽安装的CPU则全部采用SEC(单边接插盒)的形式封装。现在还有PLGA(PlasticLandGridArray)、OLGA(OrganicLandGridArray)等封装技术。由于市场竞争日益激烈目前CPU封装技术的发展方向以节约成本为主。  、多线程   同时多线程Simultaneousmultithreading简称SMT。SMT可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。当没有多个线程可用时SMT处理器几乎和传统的宽发射超标量处理器一样。SMT最具吸引力的是只需小规模改变处理器核心的设计几乎不用增加额外的成本就可以显著地提升效能。多线程技术则可以为高速的运算核心准备更多的待处理数据减少运算核心的闲置时间。这对于桌面低端系统来说无疑十分具有吸引力。Intel从GHzPentium开始所有处理器都将支持SMT技术。、多核心   多核心也指单芯片多处理器(Chipmultiprocessors简称CMP)。CMP是由美国斯坦福大学提出的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。与CMP比较SMT处理器结构的灵活性比较突出。但是当半导体工艺进入微米以后线延时已经超过了门延迟要求微处理器的设计通过划分许多规模更小、局部性更好的基本单元结构来进行。相比之下由于CMP结构已经被划分成多个处理器核来设计每个核都比较简单有利于优化设计因此更有发展前途。目前IBM的Power芯片和Sun的MAJC芯片都采用了CMP结构。多核处理器可以在处理器内部共享缓存提高缓存利用率同时简化多处理器系统设计的复杂度。  年下半年Intel和AMD的新型处理器也将融入CMP结构。新安腾处理器开发代码为Montecito采用双核心设计拥有最少MB片内缓存采取nm工艺制造它的设计绝对称得上是对当今芯片业的挑战。它的每个单独的核心都拥有独立的LL和Lcache包含大约亿支晶体管。、SMP   SMP(SymmetricMultiProcessing)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。在这种技术的支持下一个服务器系统可以同时运行多个处理器并共享内存和其他的主机资源。像双至强也就是所说的二路这是在对称处理器系统中最常见的一种(至强MP可以支持到四路AMDOpteron可以支持路)。也有少数是路的。但是一般来讲SMP结构的机器可扩展性较差很难做到个以上多处理器常规的一般是个到个不过这对于多数的用户来说已经够用了。在高性能服务器和工作站级主板架构中最为常见像UNIX服务器可支持最多个CPU的系统。  构建一套SMP系统的必要条件是:支持SMP的硬件包括主板和CPU支持SMP的系统平台再就是支持SMP的应用软件。为了能够使得SMP系统发挥高效的性能操作系统必须支持SMP系统如WINNT、LINUX、以及UNIX等等位操作系统。即能够进行多任务和多线程处理。多任务是指操作系统能够在同一时间让不同的CPU完成不同的任务多线程是指操作系统能够使得不同的CPU并行的完成同一个任务。  要组建SMP系统对所选的CPU有很高的要求首先、CPU内部必须内置APIC(AdvancedProgrammableInterruptControllers)单元。Intel多处理规范的核心就是高级可编程中断控制器(AdvancedProgrammableInterruptControllers–APICs)的使用再次相同的产品型号同样类型的CPU核心完全相同的运行频率最后尽可能保持相同的产品序列编号因为两个生产批次的CPU作为双处理器运行的时候有可能会发生一颗CPU负担过高而另一颗负担很少的情况无法发挥最大性能更糟糕的是可能导致死机。、NUMA技术   NUMA即非一致访问分布共享存储技术它是由若干通过高速专用网络连接起来的独立节点构成的系统各个节点可以是单个的CPU或是SMP系统。在NUMA中Cache的一致性有多种解决方案需要操作系统和特殊软件的支持。图中是Sequent公司NUMA系统的例子。这里有个SMP模块用高速专用网络联起来组成一个节点每个节点可以有个CPU。像Sequent的系统最多可以达到个CPU甚至个CPU。显然这是在SMP的基础上再用NUMA的技术加以扩展是这两种技术的结合。、乱序执行技术    乱序执行(outoforderexecution)是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。这样将根据个电路单元的状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后将能提前执行的指令立即发送给相应电路单元执行在这期间不按规定顺序执行指令然后由重新排列单元将各执行单元结果按指令顺序重新排列。采用乱序执行技术的目的是为了使CPU内部电路满负荷运转并相应提高了CPU的运行程序的速度。分枝技术:(branch)指令进行运算时需要等待结果一般无条件分枝只需要按指令顺序执行而条件分枝必须根据处理后的结果再决定是否按原先顺序进行。、CPU内部的内存控制器   许多应用程序拥有更为复杂的读取模式(几乎是随机地特别是当cachehit不可预测的时候)并且没有有效地利用带宽。典型的这类应用程序就是业务处理软件即使拥有如乱序执行(outoforderexecution)这样的CPU特性也会受内存延迟的限制。这样CPU必须得等到运算所需数据被除数装载完成才能执行指令(无论这些数据来自CPUcache还是主内存系统)。当前低段系统的内存延迟大约是-ns而CPU速度则达到了GHz以上一次单独的内存请求可能会浪费-次CPU循环。即使在缓存命中率(cachehitrate)达到%的情况下CPU也可能会花%的时间来等待内存请求的结束-比如因为内存延迟的缘故。  你可以看到Opteron整合的内存控制器它的延迟与芯片组支持双通道DDR内存控制器的延迟相比来说是要低很多的。英特尔也按照计划的那样在处理器内部整合内存控制器这样导致北桥芯片将变得不那么重要。但改变了处理器访问主存的方式有助于提高带宽、降低内存延时和提升处理器性  制造工艺:现在CPU的制造工艺是微米最新的PII可以达到微米在将来的CPU制造工艺可以达到微米。编辑本段CPU的厂商  Intel公司  Intel是生产CPU的老大哥个人电脑市场它占有多的市场份额Intel生产的CPU就成了事实上的xCPU技术规范和标准。个人电脑平台最新的酷睿2成为CPU的首选下一代酷睿i、酷睿i抢占先机在性能上大幅领先其他厂商的产品。  AMD公司    目前使用的CPU有好几家公司的产品除了Intel公司外最有力的挑战的就是AMD公司最新的AMD速龙IIX和羿龙II具有很好性价比尤其采用了DNOW技术并支持SSE指令集使其在D上有很好的表现。  IBM和Cyrix  IBM之强在于高端的实验室工作室的非民用CPU  美国国家半导体公司NS和Cyrix公司合并后使其终于拥有了自己的芯片生产线其成品将会日益完善和完备。现在的MII性能也不错尤其是它的价格很低。  IDT公司  IDT是处理器厂商的后起之秀但现在还不太成熟。  VIA威盛公司  VIA威盛是台湾一家主板芯片组厂商,收购了前述的Cyrix和IDT的cpu部门,推出了自己的CPU  国产龙芯  GodSon小名狗剩,是国有自主知识产权的通用处理器,目前已经有代产品,已经能达到现在市场上INTEL和AMD的低端CPU的水平,  ARMLtd  安谋国际科技少数只授权其CPU设计而没有自行制造的公司。嵌入式应用软件最常被ARM架构微处理器执行。  FreescaleSemiconductor  前身是Motorola的飞思卡尔设计数款嵌入装置以及SoCPowerPC处理器。编辑本段发展历史  任何东西从发展到壮大都会经历一个过程CPU能够发展到今天这个规模和成就其中的发展史更是耐人寻味。两大CPU巨头Intel和AMD的产品发展历程。  一、X时代的CPU  CPU的溯源可以一直去到年。在那一年当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器。这不但是第一个用于计算器的位微处理器也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器!含有个晶体管功能相当有限而且速度还很慢被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾但是它毕竟是划时代的产品从此以后INTEL便与微处理器结下了不解之缘。可以这么说CPU的历史发展历程其实也就是INTEL公司X系列CPU的发展历程就通过它来展开的“CPU历史之旅”。  年Intel公司再次领导潮流首次生产出位的微处理器并命名为i同时还生产出与之相配合的数学协处理器i这两种芯片使用相互兼容的指令集但在i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。由于这些指令集应用于i和i所以人们也这些指令集统一称之为X指令集。虽然以后Intel又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型CPU但都仍然兼容原来的X指令而且Intel在后续CPU的命名上沿用了原先的X序列直到后来因商标注册问题才放弃了继续用阿拉伯数字命名。至于在后来发展壮大的其他公司例如AMD和Cyrix等在以前(包括)的CPU都是按Intel的命名方式为自己的X系列CPU命名但到了时代市场竞争越来越厉害了由于商标注册问题它们已经无法继续使用与Intel的X系列相同或相似的命名只好另外为自己的、兼容CPU命名了。  年INTEL公司推出了芯片它仍旧是属于位微处理器内含个晶体管时钟频率为MHz地址总线为位可使用MB内存。内部数据总线都是位外部数据总线是位而它的兄弟是位。年芯片首次用于IBMPC机中开创了全新的微机时代。也正是从开始PC(personalcomputer个人电脑)的概念开始在全世界范围内发展起来。  年许多年轻的读者尚在襁褓之中的时候INTE已经推出了划时代的最新产品枣芯片该芯片比和都有了飞跃的发展虽然它仍旧是位结构但是在CPU的内部含有万个晶体管时钟频率由最初的MHz逐步提高到MHz。其内部和外部数据总线皆为位地址总线位可寻址MB内存。从开始CPU的工作方式也演变出两种来:实模式和保护模式。  Intel处理器  年INTEL推出了芯片它是X系列中的第一种位微处理器而且制造工艺也有了很大的进步与相比内部内含万个晶体管时钟频率为MHz后提高到MHzMHzMHz。的内部和外部数据总线都是位地址总线也是位可寻址高达GB内存。它除具有实模式和保护模式外还增加了一种叫虚拟的工作方式可以通过同时模拟多个处理器来提供多任务能力。除了标准的芯片也就是经常说的DX外出于不同的市场和应用考虑INTEL又陆续推出了一些其它类型的芯片:SX、SL、DL等。年推出的SX是市场定位在和DX之间的一种芯片其与DX的不同在于外部数据总线和地址总线皆与相同分别是位和位(即寻址能力为MB)。  年推出的SL和DL都是低功耗、节能型芯片主要用于便携机和节能型台式机。SL与DL的不同在于前者是基于SX的后者是基于DX的但两者皆增加了一种新的工作方式:系统管理方式。当进入系统管理方式后CPU就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作甚至停止运行进入“休眠”状态以达到节能目的。年大家耳熟能详的芯片由INTEL推出这种芯片的伟大之处就在于它实破了万个晶体管的界限集成了万个晶体管。的时钟频率从MHz逐步提高到MHz、MHz。是将和数学协处理器以及一个KB的高速缓存集成在一个芯片内并且在X系列中首次采用了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。由于这些改进的性能比带有数学协处理器的DX提高了倍。和一样也陆续出现了几种类型。上面介绍的最初类型是DX。年推出了SX它是类型中的一种低价格机型其与DX的区别在于它没有数学协处理器。DX由系用了时钟倍频技术也就是说芯片内部的运行速度是外部总线运行速度的两倍即芯片内部以倍于系统时钟的速度运行但仍以原有时钟速度与外界通讯。DX的内部时钟频率主要有MHz、MHz、MHz等。DX也是采用了时钟倍频技术的芯片它允许其内部单元以倍或倍于外部总线的速度运行。为了支持这种提高了的内部工作频率它的片内高速缓存扩大到KB。DX的时钟频率为MHz其运行速度比MHz的DX快。也有SL增强类型其具有系统管理方  式用于便携机或节能型台式机。  Pentium名称的来历  在、、这些产品深入人心后年月日在纽约第十届PC用户大会上葛洛夫正式宣布Intel第五代处理器被命名Pentium而不是。  事实上Intel公司对此更名"蓄谋已久"。由于、系列产品性能出众AMD与Cyrix生产的处理器也以这些数字命名INTEL虽大为不满却又无可奈何因为按照法律数字是不能用作商标名称无法注册。"偏执狂"葛洛夫在一次记者招待会上说:"如果要命名就请从我身上跨过去"充分显示了Intel管理层重新制定品牌战略的决心。  一场极其广泛的命名活动拉开了帷幕。从公司员工脑海中的灵感火花到海外友人集思广益一共征集到多个名称。其中甚至有NOT、iCUCyrix等十分有趣滑稽的名字。最后敲定的三个候选名称是InteLigence、RADAR和Pentium据说当时InteLigence的呼声颇高但后来公司高层对它们的最终投票却使得Pentium脱颖而出。Pentium来自古典语的商标PENT在希腊文中表示""ium看上去是某化学元素的词尾用在这里可以表示处理器的强大处理能力和高速性能。  在PentimuPro的一个封装中除PentimuPro芯片外还包括有一个KB的二级缓存芯片两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。奔腾ProMHZCPU的LCACHE就是运行在MHZ也就是工作在与处理器相同的频率上。这样的设计领奔腾Pro达到了最高的性能。而PentimuPro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术这是继奔腾在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。PentimuPro系列的工作频率是一级缓存都是KB而前三者都有KB的二级缓存至于频率为的CPU还分为三种版本不同就在于他们的内置的缓存分别是KBKBMB。不过由于当时缓存技术还没有成熟加上当时缓存芯片还非常昂贵因此尽管PentimuPro性能不错但远没有达到抛离对手的程度加上价格十分昂贵一次PentimuPro实际上出售的数目非常至少市场生命也非常的短PentimuPro可以说是Intel第一个失败的产品。  、辉煌的开始奔腾MMX  INTEL吸取了奔腾Pro的教训在年底推出了奔腾系列的改进版本厂家代号PC也就是平常所说的奔腾MMX(多能奔腾)。这款处理器并没有集成当时卖力不讨好的二级缓存而是独辟蹊径采用MMX技术去增强性能。  MMX技术是INTEL最新发明的一项多媒体增强指令集技术它的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集”。MMX是Intel公司在年为增强奔腾CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术为CPU增加了条MMX指令除了指令集中增加MMX指令外还将CPU芯片内的L缓存由原来的KB增加到KB(K指命K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高了%左右。MMX技术不但是一个创新而且还开创了CPU开发的新纪元后来的SSEDNOW!等指令集也是从MMX发展演变过来的。  在Intel推出奔腾MMX的几个月后AMD也推出了自己研制的新产品K。K系列CPU一共有五种频率分别是:五种型号都采用了外频但是后来推出的已经可以通过升级主板的BIOS而支持外频所以CPU的性能得到了一个飞跃。特别值得一提的是他们的一级缓存都提高到了KB比MMX足足多了一倍因此它的商业性能甚至还优于奔腾MMX但由于缺少了多媒体扩展指令集这道杀手锏K在包括游戏在内的多媒体性能要逊于奔腾MMX。  、优势的确立奔腾Ⅱ  年五月INTEL又推出了和奔腾Pro同一个级别的产品也就是影响力最大的CPU奔腾Ⅱ。第一代奔腾Ⅱ核心称为Klamath。作为奔腾Ⅱ的第一代芯片它运行在MHz总线上主频分、、、Mhz四种接着又推出Mhz总线的奔腾Ⅱ频率有、、、Mhz。奔腾II采用了与奔腾Pro相同的核心结构,从而继承了原有奔腾Pro处理器优秀的位性能但它加快了段寄存器写操作的速度,并增加了MMX指令集,以加速位操作系统的执行速度。由于配备了可重命名的段寄存器,因此奔腾Ⅱ可以猜测地执行写操作并允许使用旧段值的指令与使用新段值的指令同时存在。在奔腾Ⅱ里面Intel一改过去BiCMOS制造工艺的笨拙且耗电量大的双极硬件,将万个晶体管压缩到一个平方毫米的印模上。奔腾Ⅱ只比奔腾Pro大平方毫米,但它却比奔腾Pro多容纳了万个晶体管。由于使用只有微米的扇出门尺寸,因此加快了这些晶体管的速度,从而达到了X前所未有的时钟速度。  Intel奔腾Ⅱ处理器  在接口技术方面为了击跨INTEL的竞争对手以及获得更加大的内部总线带宽奔腾Ⅱ首次采用了最新的solt接口标准它不再用陶瓷封装而是采用了一块带金属外壳的印刷电路板该印刷电路板不但集成了处理器部件而且还包括KB的一级缓存。如要将奔腾Ⅱ处理器与单边插接卡(也称SEC卡)相连只需将该印刷电路板(PCB)直接卡在SEC卡上。SEC卡的塑料封装外壳称为单边插接卡盒也称SEC(SingleedgecontactCartridge)卡盒其上带有奔腾Ⅱ的标志和奔腾Ⅱ印模的彩色图像。在SEC卡盒中处理器封装与L高速缓存和TagRAM均被接在一个底座(即SEC卡)上而该底座的一边(容纳处理器核心的那一边)安装有一个铝制散热片另一边则用黑塑料封起来。奔腾ⅡCPU内部集合了KB片内L高速缓存(K指令K数据)条MMX指令个位的MMX寄存器。万个晶体管组成的核心部分是以平方毫米的工艺制造出来的。处理器被固定到一个很小的印刷电路板(PCB)上对双向的SMP有很好的支持。至于L高速缓存则有K属于四路级联片外同步突发式SRAM高速缓存。这些高速缓存的运行速度相当于核心处理器速度的一半(对于一个MHz的CPU来说即为MHz)。奔腾Ⅱ的这种SEC卡设计是插到Slot(尺寸大约相当于一个ISA插槽那么大)中。所有的Slot主板都有一个由两个塑料支架组成的固定机构。一个SEC卡可以从两个塑料支架之间滑入Slot中。将该SEC卡插入到位后就可以将一个散热槽附着到其铝制散热片上。MHz的奔腾Ⅱ运行起来只比MHz的奔腾Pro稍热一些(其功率分别为瓦和瓦)但是由于SEC卡的尺寸较大奔腾Ⅱ的散热槽几乎相当于Socket或Socket处理器所用的散热槽的两倍那么大。  除了用于普通用途的奔腾Ⅱ之外Intel还推出了用于服务器和高端工作站的Xeon系列处理器采用了Slot插口技术KB一级高速缓存KB及MB的二级高速缓存双重独立总线结构MHz系统总线支持多达个CPU。  Intel奔腾ⅡXeon处理器  为了对抗不可一世的奔腾Ⅱ在年中AMD推出了K处理器它的核心电压是伏特所以发热量比较低一级缓存是KB更为重要的是为了抗衡Intel的MMX指令集AMD也开发了自己的多媒体指令集命名为DNow!。DNow!是一组共条新指令可提高三维图形、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三维图形加速器全面地发挥性能。K的所有型号都内置了DNow!指令集使AMD公司的产品首次在某些程序应用中在整数性能以及浮点运算性能都同时超越INTEL让INTEL感觉到了危机。不过和奔腾Ⅱ相比K仍然没有集成二级缓存因此尽管广受好评但始终没有能在市场占有率上战胜奔腾Ⅱ。  、廉价高性能CPU的开端Celeron在以往个人电脑都是一件相对奢侈的产品作为电脑核心部件的CPU价格几乎都以千元来计算不过随着时代的发展大批用户急需廉价而使用的家庭电脑连带对廉价CPU的需求也急剧增长了。  在奔腾Ⅱ又再次获得成功之际INTEL的头脑开始有点发热飘飘然了起来将全部力量都集中在高端市场上从而给AMDCYRIX等等公司造成了不少乘虚而入的机会眼看着性能价格比不如对手的产品而且低端市场一再被吞食INTEL不能眼看着自己的发家之地就这样落入他人手中又与年全新推出了面向低端市场性能价格比相当厉害的CPUCeleron赛扬处理器。  Celeron可以说是Intel为抢占低端市场而专门推出的当时美元以下PC的热销令AMD等中小公司在与Intel的抗争中打了个漂亮的翻身仗也令Intel如芒刺在背。于是Intel把奔腾II的二级缓存和相关电路抽离出来再把塑料盒子也去掉再改一个名字这就是Celeron。中文名称为赛扬处理器。最初的Celeron采用微米工艺制造外频为MHz主频有与两款。接着又出现了微米制造工艺的Celeron。  不过在开始阶段Celeron并不很受欢迎最为人所诟病的是其抽掉了芯片上的LCache自从在奔腾Ⅱ尝到甜头以后大家都知道了二级缓存的重要性因而想到赛扬其实是一个被阉割了的产品性能肯定不怎么样。实际应用中也证实了这种想法Celeron装在技嘉BX主板上性能比PII下降超过!而相差最大的就是经常须要用到二级缓存的程序。  Intel也很快了解到这个情况于是随机应变推出了集成KB二级缓存的Celeron起始频率为Mhz为了和没有集成二级缓存的同频Celeron区分它被命名为CeleronA。有一定使用电脑历史的朋友可能都会对这款CPU记忆犹新它集成的二级缓存容量只有KB但它和CPU频率同步而奔腾Ⅱ只是CPU频率一半因此CeleronA的性能和同频奔腾Ⅱ非常接近。更诱人的是这款CPU的超频性能奇好大部分都可以轻松达到Mhz的频率要知道当时频率最高的奔腾Ⅱ也只是这个频率而价格是CeleronA的好几倍。这个系列的Celeron出了很多款最高频率一直到MHz才被采用奔腾Ⅲ结构的第二代Celeron所代替。  为了降低成本从CeleronA开始Celeron又重投Socket插座的怀抱但它不是采用奔腾MMX的Socket而是采用了Socket插座方式通过个针脚与主板相连。从此Socket成为Celeron的标准插座结构直到现在频率Ghz的CeleronCPU也仍然采用这种插座。  、世纪末的辉煌奔腾III  在年初Intel发布了第三代的奔腾处理器奔腾III第一批的奔腾III处理器采用了Katmai内核主频有和Mhz两种这个内核最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集这个指令集在MMX的基础上添加了条新指令以增强三维和浮点应用并且可以兼容以前的所有MMX程序。  不过平心而论Katmai内核的奔腾III除了上述的SSE指令集以外吸引人的地方并不多它仍然基本保留了奔腾II的架构采用微米工艺Mhz的外频Slot的架构KB的二级缓存(以CPU的半速运行)因而性能提高的幅度并不大。不过在奔腾III刚上市时却掀起了很大的热潮曾经有人以上万元的高价去买第一批的奔腾III。  可以大幅提升从Mhz开始一直到Ghz还有就是超频性能大幅提高幅度可以达到以上。此外它的二级缓存也改为和CPU主频同步但容量缩小为KB。  除了制程带来的改进以外部分Coppermine奔腾III还具备了Mhz的总线频率和Socket的插座为了区分它们Intel在Mhz总线的奔腾III型号后面加了个“B”,Socket插座后面加了个“E”例如频率为Mhz外频为Mhz的Socket奔腾III就被称为EB。  看到Coppermine核心的奔腾III大受欢迎Intel开始着手把Celeron处理器也转用了这个核心在年中推出了Coppermine核心的Celeron处理器俗称Celeron由于转用了的工艺Celeron的超频性能又得到了一次飞跃超频幅度可以达到。  、AMD的绝地反击A

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