第二講中央處理器演示文稿

第二講中央處理器演示文稿第一頁，共六十一頁。（優(yōu)選）第二講中央處理器第二頁，共六十一頁。第二代CPU（1978~1979）

代表CPU：intel8086、8088

（8086）

英特爾公司1978年推出的這款8086處理器，它是第一塊16位微處理器，最高主頻為8MHz，內(nèi)存尋址能力為1MB。同時英特爾還生產(chǎn)出與之相配合的數(shù)學協(xié)處理器8087,這兩種芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些專門用于數(shù)學計算的指令，人們將這些指令集統(tǒng)一稱為x86指令集,它的誕生卻奠定了以后CPU發(fā)展的基礎(chǔ)。

第三頁，共六十一頁。（8088）

1979年，英特爾公司再接再厲，又開發(fā)出了8088。8088集成了約29000個晶體管，采用40針的DIP封裝，最高頻率為8MHz。1981年IBM公司將8088芯片首先用于其研制的PC機中，標志著PC真正走進了人們的工作生活之中，PC（個人電腦）的概念開始在全世界范圍內(nèi)發(fā)展起來，第四頁，共六十一頁。第三代CPU（1979~1985）

代表CPU：Intel80286

（286）

1982年，英特爾公司在8086的基礎(chǔ)上，研制出了80286微處理器，IBM公司將80286微處理器首先用在AT機中，引起了業(yè)界了極大的轟動。80286采用PGA封裝，集成了大約130000個晶體管，最大主頻為20MHz，內(nèi)、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位，使用24位內(nèi)存儲器的尋址，內(nèi)存尋址能力為16MB。第五頁，共六十一頁。第四代CPU（1985~1993）

代表CPU：intel80386DX、80486

（386）

1985年10月，intel推出了386DX，內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線是32位，地址總線為32位，可以尋址4GB內(nèi)存，管理64TB的虛擬存儲空間，并且有比80286更多的指令。第六頁，共六十一頁。（486）

1989年，英特爾乘勝追擊推出486芯片，頻率從25MHz逐步提高到50MHz。在當時，486所采用的技術(shù)是最先進的，性能比80386DX提高了近4倍。在intel推出486的同時，也都發(fā)布了自己的同性能CPU，其中以TI486DX、Cyrix486DLC和AMD5x86為代表。

在intel發(fā)布386的時候，同時也有其他的幾家CPU制造商也推出了類似的產(chǎn)品，比如Motorola68000、AMDAm386SX/DX和IBM386SLC。第七頁，共六十一頁。第五代CPU（1993~1999）

代表CPU：IntelPentium/Pentium2/Celeron

AMDK5/K6

（Pentium）(PentiumMMX)（Pentium2）（Celeron）第八頁，共六十一頁。（K5）（K6）

1993年，intel的Pentium(奔騰)CPU面世，這一全面超越486的性能優(yōu)良的產(chǎn)品為intel贏得了巨大的聲譽，Intelinside深入人心，同時也把其他競爭對手甩在了后面，一舉奠定了市場的霸主的地位。

97年中PentiumII和AMDK6上市，AMD在1997年推出了擁有全新的MMX指令，整體性能要優(yōu)于奔騰MMX，接近同主頻PⅡ的水平K6。

Intel的Pentium2采用0.25微米工藝制造，最高頻率為400MHZ。但是因為轉(zhuǎn)用了Slot1架構(gòu)，所以很多消費者并買帳。98年，AMD的K6-2乘機而入，憑借低廉的價格一度占得近30％的市場份額。第九頁，共六十一頁。第六代CPU(1999~2001)

代表CPU：IntelPentium3、AMDAthlon

（Pentium3）（Athlon）

99年伊始，intel發(fā)布采用Katmai核心的Pentium3CPU，該CPU的系統(tǒng)總線頻率為100MHz，起始主頻為450MHz，內(nèi)部集成950萬個晶體管，采用Slot1架構(gòu)。

AMD方面，為了抵抗來勢洶洶的P3，AMD于99年6月推出了具有重大意義的K7微處理器，并將其正式命名為Athlon。K7也不負眾望，在時鐘頻率上率先進入到了G時代，給intel帶來了很大的壓力，自此，CPU市場真正步入intel、AMD兩強爭霸的時代。第十頁，共六十一頁。第七代CPU（2000~2003）

代表CPU：intelPentium4/Celeron4

AMDAthlonxp/Duron

(Pentium4)(Celeron4)2000年，intel發(fā)布Pentium4處理器。開始時，推出423接口的Willamette核心P4，搭配RDRAM，價格太高，市場反應(yīng)冷淡；于是又改成NORTHWOOD核心478接口的P4；再后來為了提升頻率，intel又將核心改換為Prescott核心，接口也換為LGA775，頻率達到4G，但是發(fā)熱量也高的驚人。在低端市場，intel則一律把CPU的二級緩存消減3/4，從512K到128K（后期的Prescott核心賽揚為256K），使性能大大削弱。

第十一頁，共六十一頁。(Duron)(Athlonxp)

AMD公司則在2000年6月份推出了Athlonxp處理器，再次向英特爾發(fā)出了挑戰(zhàn)，并在DIY市場取得重大成功，可以這么說，在進入到Pentium4時代以來，在AMD的緊逼下，intel感到了前所未有的危機，這也為AMD后來的K8處理器打下了一個堅實的基礎(chǔ)。

第十二頁，共六十一頁。第八代CPU（2003~2005）

代表CPU：AMDAthlon64

2003年，AMD公司推出了他們寄予厚望的K8處理器，并且繼Athlon率先進入G時代以來，又一次走在了intel的前面，引領(lǐng)了CPU的發(fā)展方向，而intel也適時地推出了自己的64位處理器以抗衡意氣風發(fā)的Athlon64。

(Athlon64)第十三頁，共六十一頁。第九代CPU（2005~2007）

代表CPU:IntelPentiumD

AMDAthlon64X2

在2005年以前，主頻一直是兩大處理器巨頭Intel和AMD爭相追逐的焦點。但隨著主頻的不斷提升，也帶來了處理器巨大的發(fā)熱量，同時，單純主頻的提升已經(jīng)無法為系統(tǒng)整體性能的提升帶來明顯的變化。在這種情況下，Intel和AMD都不約而同地將投向了多核心的發(fā)展方向。2005年5月，Intel發(fā)布了奔騰D雙核處理器。AMD也緊縮其后發(fā)布了雙核產(chǎn)品Athlon64X2。第十四頁，共六十一頁。第十代CPU（2006~至今）

代表CPU：IntelCore2DuoCorei7

AMDPhenomPhenomII

2006年7月27日，Intel全球同步正式發(fā)布了代號Conroe和Merom的新一代臺式機和筆記本處理器，包括Core2Duo和Core2Extreme兩個品牌，處理器中文名“酷睿2雙核”和“酷睿2至尊版”。2008年11月18日，intelCorei7四核處理器在中國隆重發(fā)布并開始上市。2007年11月20日，AMD正式發(fā)布Phenom處理器（羿龍），采用的是真四核設(shè)計，其后又推出三核產(chǎn)品。2009年1月8日,AMD正式發(fā)布采用45nm新工藝的第二代Phenom處理器。2011年1月，Intel發(fā)布第2代Corei系列發(fā)布，CPU與顯卡第一次真正融合，開創(chuàng)了PC歷史上的先河，AMD新品尚未發(fā)布。第十五頁，共六十一頁。目前銷售市場格局

2000元市場Intel獨占

1000-1500元市場PhenomIIX6/X4夾擊Corei5500-800元市場AthlonIIX3/X4對抗Corei3

入門市場AthlonIIX2對Pentium第十六頁，共六十一頁。我國的CPU發(fā)展歷程

2002年9月28日龍芯1號誕生，龍芯1號CPU是神州龍芯公司推出的兼顧通用及嵌入式CPU特點的新一代32位CPU，是以中國科學院計算技術(shù)研究所研制的通用CPU為核心，由神州龍芯公司擁有知識產(chǎn)權(quán)。標志著我國在現(xiàn)代通用微處理器設(shè)計方面實現(xiàn)了“零”的突破。龍芯1號第十七頁，共六十一頁。

龍芯1號CPU采用0.18um工藝制造，具有良好的低功耗特性，平均功耗0.4瓦特，最大功耗不超過1瓦特。因此，龍芯1號CPU可以在大量的嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用。龍芯系列微處理器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、通訊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PDA、網(wǎng)絡(luò)終端、存儲服務(wù)器、安全服務(wù)器等產(chǎn)品上。

龍芯1號CPU支持最新版本的Linux、VxWork，WindowsCE等操作系統(tǒng)。

第十八頁，共六十一頁。龍芯2號

2005年4月18號，承載著國人夢想的龍芯(Godson)2號面世了。龍芯2號是一枚64位CPU，二級高速緩存最多達8MB，頻率最高為500MHz，功耗3-5瓦。由于龍芯2號采用了許多新技術(shù)，所以盡管龍芯的頻率低了些，但整體效率卻仍達到了Pentium3的水平。支持六十四位Linux操作系統(tǒng)和X-window視窗系統(tǒng)，但不支持微軟的Windows操作平臺。第十九頁，共六十一頁。龍芯2E處理器

2006年9月13日，龍芯2E研制成功，性能達到了中檔奔騰4處理器的水平。龍芯2E采用90納米生產(chǎn)工藝，包含4700萬個晶體管、面積約兩個拇指蓋大小、最高主頻達到1.0GHZ，功耗在3至8瓦范圍內(nèi)。

第二十頁，共六十一頁。龍芯計算機

工作人員在第一臺龍芯2E樣機上進行演示。

第二十一頁，共六十一頁。2007年7月龍芯2F系統(tǒng)芯片底流片成功，根據(jù)與計算所簽訂的有償授權(quán)協(xié)議，意法半導(dǎo)體公司已啟動百萬片量級的龍芯2F大規(guī)模生產(chǎn)。龍芯2F性能相當于英特爾中檔奔騰4芯片，內(nèi)置DDR2控制器。其功耗只有3-5瓦，相當于奔騰4的十分之一。第二十二頁，共六十一頁。8.9英寸的Jisus便攜式筆記本

國產(chǎn)龍芯2F電腦第二十三頁，共六十一頁。靈瓏電腦一體機（龍芯2F）組建的多媒體教室第二十四頁，共六十一頁。

2008年4月龍芯三號研制正式啟動，首個龍芯三號產(chǎn)品將為四核。

2009年9月龍芯三號四核芯片流片成功。

2010年4月中國首臺采用國產(chǎn)高性能通用處理器芯片“龍芯3A”的萬億次高性能計算機“KD-60”由中國科學技術(shù)大學和深圳大學聯(lián)合研制成功。

龍芯3A的工作頻率為900MHz～1GHz，頻率為1GHz，生產(chǎn)工藝65納米，晶體管數(shù)目達4.25億個，集成兩個DDR2/3內(nèi)存控制器，引腳數(shù)為1121個，功耗小于15瓦。

第二十五頁，共六十一頁。

2010年9月龍芯3A完成首批量產(chǎn)，龍芯2G也已流片成功。

龍芯3B正在研制中，它采用65nmCMOS工藝，具有8個核心，主頻仍為1GHz,集成兩個DDR3內(nèi)存控制器，共包含5.83億個晶體管，功耗為40W.

龍芯3B將會在2012年用于曙光6000超級計算機。第二十六頁，共六十一頁。二、CPU的性能指標

1、主頻主頻也叫時鐘頻率，基本單位是Hz，表示CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度，是衡量CPU運算速度的重要指標，但并不直接代表運算速度，如早期的奔騰4處理器。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)。

2、外頻外頻是主板為CPU提供的基準時鐘頻率，單位是MHz，它是CPU與主板之間同步運行的速度，不同的CPU往往具有不同的外頻。

3、倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高的CPU，主頻也越高，性能也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，過高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)。第二十七頁，共六十一頁。

4、前端總線工作頻率前端總線（FSB）是CPU與主板北橋芯片或內(nèi)存控制器之間的數(shù)據(jù)通道，是CPU和外界交換數(shù)據(jù)的通道，其工作頻率高低直接影響CPU訪問內(nèi)存的速度，對計算機整體性能影響很大。常見的有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz等幾種。主板前端總線的工作頻率是計算機硬件配置的重要參考指標。5、制造工藝（生產(chǎn)工藝）指在硅材料上生產(chǎn)CPU時內(nèi)部各元器件的連接線寬度，一般用微米表示。微米值越小制作工藝越先進，集成的晶體管就可以更多，CPU可以達到的頻率越高。目前Intel和AMD都已經(jīng)普遍應(yīng)用0.065微米的制造工藝，0.045微米的制作工藝也開始應(yīng)用。第二十八頁，共六十一頁。

6、CPU工作電壓CPU的工作電壓的大小是根據(jù)CPU的制造工藝而定，一般制作工藝越高，工作電壓越低。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題。7、高速緩存高速緩存是指可以進行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先于內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)，速度很快。L1Cache一級緩存是CPU第一層高速緩存。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般L1緩存的容量通常在32～256KB.L2Cache二級緩存是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部兩種芯片。內(nèi)部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，現(xiàn)在CPU的L2高速緩存可高達1MB-4MB。

第二十九頁，共六十一頁。

8、地址總線與數(shù)據(jù)總線寬度地址總線寬度決定了CPU可以訪問的最大物理地址空間，即最大內(nèi)存。如寬度為64位，最大空間為2的64次方位。數(shù)據(jù)總線負責整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量的大小，寬度決定了CPU與其他設(shè)備一次傳輸數(shù)據(jù)的信息量。

9、超線程技術(shù)HyperThreading超線程技術(shù)是指使用一顆CPU的資源來同時執(zhí)行多個程序的技術(shù)，理論上就像兩顆CPU一樣在同一時間執(zhí)行兩個線程。雖然采用超線程技術(shù)能同時執(zhí)行兩個線程，但它并不象兩個真正的CPU那樣，每個CPU都具有獨立的資源。當兩個線程都同時需要某一個資源時，其中一個要暫時停止，并讓出資源，直到這些資源閑置后才能繼續(xù)。因此超線程的性能并不等于兩顆CPU的性能。

10、字長電腦技術(shù)中對CPU在單位時間內(nèi)(同一時間)能一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)叫字長。所以能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內(nèi)處理字長為32位的二進制數(shù)據(jù)。當前的主流CPU都是64位的CPU，但是字長的最佳是CPU發(fā)展的一個趨勢。第三十頁，共六十一頁。

11、流水線技術(shù)●流水線(pipeline)在CPU中由5~6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然后將一條X86指令分成5~6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，以提高CPU的運算速度?！癯魉€(superpiplined)是指某型CPU內(nèi)部的流水線超過通常的5~6步以上，例如Pentiumpro的流水線就長達14步。但是流水線過長也帶來了一定副作用，很可能會出現(xiàn)主頻較高的CPU實際運算速度較低的現(xiàn)象。12、指令集●X86指令集是Intel為其第一塊16位CPUi8086專門開發(fā)的指令集，同時為提高電腦的浮點數(shù)據(jù)處理能力又增加的數(shù)學協(xié)處理器則另外使用X87指令，以后就將X86指令集和X87指令集統(tǒng)稱為X86指令集?！馛PU擴展指令集指的是CPU增加的多媒體或者是3D圖形處理指令，這些擴展指令可以提高CPU處理多媒體和3D圖形的能力。著名的有MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3、SSE4、和3DNow!指令集等。

第三十一頁，共六十一頁。

13、核心類型核心又稱為內(nèi)核（Die），是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來的，各種CPU核心都具有固定的邏輯結(jié)構(gòu)，高速緩存、執(zhí)行單元、指令級單元和總線接口等邏輯單元都會有科學的布局。CPU所有的計算、接受/存儲命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。為了便于CPU設(shè)計、生產(chǎn)、銷售的管理，CPU制造商會對各種CPU核心給出相應(yīng)的代號，這也就是所謂的CPU核心類型。14、雙核和多核處理器技術(shù)雙核處理器即是基于單個半導(dǎo)體的一個處理器上擁有兩個一樣功能的處理器核心。換句話說，將兩個物理處理器核心整合入一個核中。因此增加一個內(nèi)核，處理器每個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行的指令數(shù)總量將增加一倍。第三十二頁，共六十一頁。

15、64位技術(shù)目前主流ＣＰＵ使用的６４位技術(shù)主要有ＡＭＤ公司的Ｘ８６－６４位技術(shù)、Ｉｎｔｅｌ公司的ＥＭ６４Ｔ技術(shù)、和Ｉｎｔｅｌ公司的ＩＡ－６４技術(shù)。其中ＩＡ－６４是Ｉｎｔｅｌ獨立開發(fā)的“純６４位”技術(shù)，不兼容現(xiàn)在的傳統(tǒng)的３２位計算機，一般用戶不會涉及到.●X86-64技術(shù)的實現(xiàn)原理是在原始的32位X86指令集的基礎(chǔ)上加入了X86-64擴展64位X86指令集，使處理器在硬件上兼容原來的32位X86軟件，并同時支持X86-64的擴展64位計算，且具有64位的尋址能力，使得這款處理器成為32位/64位兼容X86芯片。●EM64T全稱ExtendedMemory64Technology，即64位內(nèi)存擴展技術(shù)。通過增加CPU的運算位寬來增加CPU和內(nèi)存之間的位寬，從而讓系統(tǒng)支持更大容量的內(nèi)存（32bit處理器最多只能支持內(nèi)存容量只有4GB，而64bit的最高則達64GB）。Intel在原來32bit處理器核心的基礎(chǔ)上加入了8個64bitGPRs（通用寄存器）和內(nèi)存指針（memorypointers），從而實現(xiàn)了64bit內(nèi)存尋址。

第三十三頁，共六十一頁。三、CPU的封裝技術(shù)和接口類型

所謂封裝就是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用，而且芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接，從而實現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。采用不同封裝技術(shù)的CPU，在性能上存在較大差距。只有高品質(zhì)的封裝技術(shù)才能生產(chǎn)出完美的CPU產(chǎn)品。第三十四頁，共六十一頁。

DIP封裝（DualIn-linePackage），也叫雙列直插式封裝技術(shù)，指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100。

一）常見的CPU封裝技術(shù)第三十五頁，共六十一頁。QFP（PlasticQuadFlatPackage）封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)?；虺笮图呻娐吠捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個以上。

PFP（PlasticFlatPackage）方式封裝的芯片與QFP方式基本相同。唯一的區(qū)別是QFP一般為正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是長方形。

第三十六頁，共六十一頁。PGA(PinGridArray)引腳網(wǎng)格陣列封裝

PGA封裝也叫插針網(wǎng)格陣列封裝（CeramicPinGridArrauPackage），目前許多CPU采用PGA封裝，在芯片下方圍著多層方陣形的插針，根據(jù)管腳數(shù)目的多少，可以圍成多圈。它的引腳看上去呈針狀，是用插件的方式和電路板相結(jié)合。安裝時，將芯片插入專門的PGA插座。

第三十七頁，共六十一頁。S．E．E．C．（單邊接插卡盒）封裝

：SEEC是SingleEdgeContactCartridge縮寫，是單邊接觸卡盒的縮寫。為了與主板連接，處理器被插入一個插槽。它不使用針腳，而是使用“金-手指”觸點，處理器使用這些觸點來傳遞信號。

第三十八頁，共六十一頁。BGA技術(shù)（BallGridArrayPackage）即球柵陣列封裝技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)的封裝CPU信號傳輸延遲小，適應(yīng)頻率可以提高很大,組裝成品率大大提高。該技術(shù)的出現(xiàn)便成為CPU、主板南、北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。第三十九頁，共六十一頁。

PLGA是PlasticLandGridArray的縮寫，即塑料焊盤柵格陣列封裝。由于沒有使用針腳，而是使用了細小的點式接口，所以PLGA封裝明顯比以前的FC-PGA2等封裝具有更小的體積、更少的信號傳輸損失和更低的生產(chǎn)成本，可以有效提升處理器的信號強度、提升處理器頻率，同時也可以提高處理器生產(chǎn)的良品率、降低生產(chǎn)成本。

第四十頁，共六十一頁。二）CPU接口類型AMD939接口

AMDAM2接口

AMDAM2接口IntelLGA775接口

第四十一頁，共六十一頁。四、主流CPU簡介一）Intel系列1、CPU正面標識第四十二頁，共六十一頁。2、CPU命名規(guī)則3、目前市場主流CPU型號第四十三頁，共六十一頁。第四十四頁，共六十一頁。第四十五頁，共六十一頁。二）AMD系列1、CPU正面標識第四十六頁，共六十一頁。2、CPU命名規(guī)則3、目前市場主流CPU型號第四十七頁，共六十一頁。第四十八頁，共六十一頁。第四十九頁，共六十一頁。三）VIA(威盛)CPU

1999年6月，臺灣威盛電子分別從美商國家半導(dǎo)體（NS）以及IDT公司買下了Cyrix與Centaur（從IDT）微處理器設(shè)計團隊，正式跨入了個人計算機運算核心─CPU的研發(fā)領(lǐng)域。

第五十頁，共六十一頁。五、CPU的選購和安裝

一）CPU的選用選用原則適用+高性價比

1.按微機的用途來選用CPU專業(yè)圖形圖像處理需要選購高性能的CPU。廣告設(shè)計、工程繪圖、3D游戲等都需要高性能的CPU。文字處理與數(shù)據(jù)庫管理選擇低中檔產(chǎn)品，一般都擁有很高的性價比。家庭應(yīng)用

2.考慮微機的總體性能均衡性

3、性價比

第五十一頁，共六十一頁。二）

CPU防假

造假方式※Remark

用低主頻的CPU冒充高主頻的CPU，然