《CPU基础知识》课件

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1、CPU基 础 知 识 什么是CPU？n CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是整个计算机系统中最重要的部件，它由控制器和运算器构成。n控制器负责对数据进行算术运算和逻辑运算操作；n运算器主要负责对程序所执行的指令进行分析，并协调计算机各部件进行工作。 CPU的工作原理n 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）。 与CPU有关的概念n SIMD单指令多数据流n MMX

2、多媒体扩展指令集n 3DNOW！n SSE（KNI）SIMD扩展指令集n RISC精简指令系统n CISC复杂指令系统 与CPU有关的概念n COBn CODn PSN处理器序列号n Identify鉴别号码n Remark芯片频率标识 CPU性能指标n CPU是整个计算机系统的核心，其性能可以反映出所配置计算机系统的性能，直接影响计算机的运行速度，接下来我们简单介绍一下CPU主要的性能指标。 主频n主频(Clock Speed) 也叫时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度，也就是CPU运算时的工作频率，其单位是MHz。一般说来，主频越高，CPU的速度就越快，整机的就越高。 外频n外频

3、是系统总线的始终频率，简称总线频率，也就是CPU与主板之间同步运行的速度，其单位是MHz。外频主要由主板决定，外频越高，CPU就可以同时接收更多的来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。 倍频n倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者是有十分密切的关系的：主频=外频倍频。 缓存n缓存又称为高速缓存，是指可以进行高速数据交换的存储器。n CPU的缓存分为一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）。n早期的CPU内部只集成了L1 Cache，而把L2 Cache放置在主板上，现在已经成功集成在CPU内部并以CPU相同速度的频率工作，称为全速二级高速缓存。 内存总线速度

4、n内存总线速度（Memory-Bus Speed，也就是系统总线速度）是CPU二级高速缓存和内存之间的通信速度，主要用于协调内存和CPU之间运行速度的差异。 扩展总线n扩展总线（Expansion-Bus）就是指安装在计算机系统上的局部总线，如ISA或PCI总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。 协处理器n协处理器也叫数学协处理器，主要负责浮点运算。自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算。 地址总线宽度n地址总线宽度决定了CPU

5、可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096 MB（4GB）的物理空间。 数据总线宽度n数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。 工作电压n工作电压（Supply Voltage）指的也就是CPU正常工作所需的电压。n早期的CPU（286486时代）制造工艺相对落后，工作电压一般为5V，导致CPU的发热量太大，弄得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，现在CPU的工作电压逐步下降，一般为1.5V2.0V，解

6、决了发热过高的问题，延长了CPU使用寿命。 动态处理n动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，创造性地把三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。n动态处理并不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。 流水线n流水线(pipeline) 的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由56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X86指令分成56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，因此提高了CPU的运算速度。 超标量n超标量是指在一个时钟周期内CPU可

7、以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的，只有奔腾级以上CPU才具有这种超标量结构；这是因为现代的CPU越来越多的采用了RISC技术，所以才会有超标量的CPU。 MMX指令集n MMX（Multi Media eXtension，多媒体扩展指令集）是Intel公司在1996年推出的多媒体指令增强技术。增加57条MMX指令，它允许CPU同时对2、4甚至8个数据进行并行处理，在处理多媒体的能力上提高了很多。 3D Now！指令集n 3D Now！是第一种3D加速指令集，由AMD公司开发。它一个时钟周期内可同时处理4个浮点运算指令或两条MMX指令，其在3D处理能力方面，3D N

8、ow！的威力强大。 SSE指令集n SSE（Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展指令集）是Intel公司在Pentium III处理器中率先推出的。它总计包括70条指令：50条SIMD（单指令多数据）浮点指令，主要用于3D 处理；12 条新MMX指令，和旧的MMX指令一起加速系统整数运算速度；8条系统内存数据流传输优化指令。从软件实际运行效果来看SSE比3D Now！更胜一筹， 制造工艺n制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能，但它可以可以极大地影响CPU的集成度和工作频率，制造工艺越精细，CPU可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。从早期的0.5微米到现

9、在的0.35微米、 0.25微米、0.18微米、0.13微米甚至更小。 CPU的类别n从外观上来看长方形卡式Slot架构正方形薄片式Pentium IV CPU封装形式n封装概念封装厚度n封装类型1、DIP2、PQFP3、PGA4、BGAPentiumII、III等5、CSP CPU发展历程n CPU的发展非常迅速，就像列不断在加速的列车一样。个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium 4时代，只经过了不到二十年的时间。n从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而Pentium 的集成度超过了2810万个晶体管；CPU的运行速度，以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8

10、088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。 常见的CPU主流品牌 英特尔（INTEL） 超微（AMD） 英特尔（ Intel ）CPUPentium（奔腾）Pentium（奔腾）是Intel公司于1993年推出的新一代微处理器，集成16KB的L1高速缓存，L2高速缓存则做在主板上。接着Intel推出使用MMX技术的Pentium MMX（多能奔腾）和Pentium Pro（高能奔腾）。 英特尔（ Intel ）CPUPentium（奔腾）正面Pentium（奔腾）背面 英特尔（ Intel ）CPUPentium MMX（多能奔腾）正面Pentium MMX（多能奔腾）背

11、面 英特尔（ Intel ）CPUPentium II（奔腾2）Pentium II与以往的Pentium处理器使用了不同的封装方式，它将处理器放到了盒中，采用SLOT 1模式的插座。 英特尔（ Intel ）CPUPentium II（奔腾2）正面Pentium II（奔腾2）侧面 英特尔（ Intel ）CPUPentium III（奔腾3）Pentium III有两种规格，一种采用了与Pentium II 相同的SLOT1规格；另一种采用Socket 370规格。CPU内部集成了64K的一级缓存，512K的二级缓存仍然安装在SLOT 1的卡盒内。 英特尔（ Intel ）CPUPenti

12、um III（奔腾3） Slot 1Pentium III（奔腾3） Socket 370 英特尔（ Intel ）CPUPentium 4（奔腾4）2001年11月20日Intel推出了Pentium4处理器，在Pentium 4中Intel使用了全新的x86体系结构，在指令集上也做了很大的改进，增加了新的SSE2特殊指令集。内部集成8KB一级高速执行缓存，256KB二级高速缓存。 英特尔（ Intel ）CPUPentium 4（奔腾4） 正面 Pentium 4（奔腾4） 背面 英特尔（ Intel ）CPUPentium 4（奔腾4） 正面Pentium 4（奔腾4） 背面 英特尔（

13、Intel ）CPUCeleron（赛扬）赛扬属于Pentium的低价位版本，最开始的时候它是将Pentium II处理器的二级Cache去掉，并简化了封装形式，以后它也包含了128K 二级缓存。 英特尔（ Intel ）CPUCeleron（赛扬）早期产品Celeron（赛扬）后期产品 Pentium 4介绍nIntel的处理器在市场份额和商业利润方面相比于AMD都占有很大的优势，尤其是赢得不少行业用户的青睐。现在在市面上主要有针对低端市场的Celeron4系列处理器，和面向中高端的Pentium4 A/B/C/E系列处理器。 Willamette-128核心的Celeron4 n Will

14、amette-128核心的Celeron4系列，现在常见的是1.7G跟1.8G的CPU，不过工艺用的是比较落后一点的0.18微米工艺，而且只有128K的L2，性能一般，甚至不如以前超频后的图拉丁CELERON，不过价格也不高，适合对性能要求不高的低端用户使用。 Northwood-128核心的Celeron4 n该系列处理器是属于INTEL的低端主打产品，基本上采用P4架构，把L2缩减到只有128K，因此性能远落后于同频率的P4系列，功耗跟P4 A/B系列差不多。Northwood-128核心低频的处理器超频性能还可以，不过INTEL的都是锁了倍频的，超频只能超外频！这个系列只有128K的L2

15、，性能平平，但作为INTEL低端产品，相对P4来说，售价还是比较低廉的，是喜好INTEL处理器的低端用户的理想选择，但性能一般，即使超频后也没什么惊人的表现！ Northwood-128核心的Celeron4 Northwood核心Pentium4 A/B系列 n Northwood核心的P4 A/B系列，凭借0.13工艺，512K的L2，400/533MHZ的前端总线，性能比前一代的WILLAMETTE核心的P4有较大的提高，性能不错。不过现在的Athlon XP完全有能力跟它对抗！功耗也不低，跟Athlon XP比没太大优势。该系列低频版本的超频性能还是不错的。一直以来，价格基本没太大变化

16、，性价比一般，该系列比较适合对价格不太敏感，而且喜好INTEL产品的中端消费者选择！ Northwood核心Pentium4 A/B系列 Northwood核心的Pentium4 C系列 n该系列是INTEL的中高端产品，跟P4 A/B系列比，依然是Northwood核心，最大的不同就是前端总线提高到800MHZ，并且加入了超线程技术，这些改动使P4 C系列的性能比P4 A/B系列增强不少，具有极大的竞争力。而且这系列的超频能力比较强。不过最大的缺点就是功耗比较大，比同频率的P4 A/B系列和Athlon XP都高，发热较大，所以得准备好一个比较好的风扇！该系列凭借着高性能、出色的超频能力，以

17、及合理的价格，是现阶段INTEL产品中最值得购买的处理器 。 Northwood核心的Pentium4 C系列 Prescott核心的最新Pentium4系列 n Prescott核心的P4 E系列跟P4 C系列差不多，还是采用Socket 478的接口类型，一样是200MHZ外频、800MHZ的FSB。采用了更先进的0.09微米的制造工艺，核心面积由Northwood核心的131平方毫米降低到112平方毫米，体积大为减少。 L2也增加到1024K。 还采用了第二代超线程、SSE3等等新技术。不过价格也不算贵，跟P4 C系列基本持平。这款处理器最大的缺点就是功耗比较大，发热量恐怖，一定要注意散

18、热。唯一比较突出的是超频能力比同频率的P4 C系列的要好，如果在散热做好的前提下，超频潜力很大。 Prescott核心的最新Pentium4系列 超微（AMD）CPUAMD K6-2AMD K6-2是AMD（超微）公司推出的与Pentium II抗衡、面向低端市场的处理器，率先支持“3Dnow！”指令集，它大大加强了处理3D图形和多媒体所需的密集浮点运算能力。 超微（AMD）CPUAMD K6-2 超微（AMD）CPUAMD K6-IIIAMD的K6-III是K6-2的加速版，同样支持“3DNow！”指令集，性能比K6-2增加不少。 K6-III 采用三层高速缓存（TriLevel）结构设计，

19、核心内建64KB一级高速缓存及256KB二级高速缓存，另外在主板上还配置512KB2MB三级缓存。 超微（AMD）CPUAMD K6-III 超微（AMD）CPUAMD Athlon（速龙） 代号为K7的Athlon 处理器是AMD推出的具有革命性的产品，采用Slot A接口规格。 Athlon具备超标量、超管线、多流水线的Risc（3-Way SuperScalar Risc core）核心，内建128KB全速高速缓存，256KB二级高速缓存。 超微（AMD）CPUAMD Athlon （速龙） 超微（AMD）CPUAMD Athlon（速龙） Thunderbird（雷鸟） 超微（AMD）

20、CPUAMD Duron（毒龙）AMD Duron采用Socket 370架构插槽，拥有先进的K75核心，包含“3DNow！”核心指令集，核心内建128KB一级高速缓存及64KB全速二级缓存，号称“Celeron”杀手。 超微（AMD）CPUAMD Duron（毒龙） 超微（AMD）CPUAMD Athlon XPAMD Athlon XP 处理器是AMD为了在高端CPU市场和Intel公司竞争而推出的产品，内建128KB一级缓存，256KB二级缓存，具有增强型3DNow！ Professional。 超微（AMD）CPUAMD Athlon XP（正面）AMD Athlon XP（背面） A

21、MD系列介绍 n一提起AMD的CPU，许多DIYer的脑海中就会联想到低廉的价格、强劲的性能和极佳的超频潜力。目前市场上AMD所生产的处理器主要有面向高端的AMD Athlon 64、主流的AMD Athlon XP以及面向低端的Duron处理器。AMD的命名大部分采用PR值，只有Duron系列是采用实际频率来命名的，这一点大家要分清楚。 Appelbred核心的Duron n这是AMD在2003年中推出的新毒龙系列处理器，L1128K，L264K，前端总线266MHZ！制造工艺0.13微米，总体性能提升不少！SSE指令集，超频性能强劲。默认电压是1.5V，功耗最大不过57W，所以发热量十分低

22、，可以说是现在市面上发热量最小的处理器了。新毒龙的最大特点是价格十分便宜。价格低、超频性能好、功耗低、发热量不高加上还有可能改造成Athlon XP的特点，该系列是低端用户产品。 Appelbred核心的Duron Thoroughbred-AO的Athlon XP n Thoroughbred-AO(简称TB-AO）核心的Athlon XP采用0.13微米的制造工艺，256K的L2。该系列处理器的性能不错，价格也比较便宜，不过相对它的继承者Thoroughbred-BO（TB-BO）核心的Athlon XP开说，超频能力一般。所以在价格差不多的情况下，一般人都会选择TB-BO核心的Athlo

23、n XP。现在市面上的TB-AO也基本被淘汰了，被TB-BO核心的Athlon XP完全取代，不过市场上面还有少量的留存，大家买的时候注意区分一下。 Thoroughbred-AO的Athlon XP T-BO核心的Athlon XP n Thoroughbred-BO（TB-BO）核心的Athlon XP，采用0.13工艺，是TB-AO核心Athlon XP的升级版。核心面积从TB-AO的80平方毫米增大到84平方毫米。大多采用266MHZ的FSB，不过有部分高频版本也采用了333MHZ的FSB。此系列性能不错，跟相对应的Intel的P4 A/B系列的处理器的性能处于同一水平，功耗也跟P4

24、A/B系列差不多，但价格相对P4 A/B系列来说，超级便宜，性价比很高。 T-BO核心的Athlon XP BARTON核心的Athlon XP n BARTON核心的Athlon XP应该是Athlon XP系列最后一代的处理器，是现阶段AMD的主流和中高端处理器，跟TB-BO最大的不同就是L2容量增大一倍，L2由256K提高到512K，前端总线也由266MHZ提高到333MHZ，部分高端型号的FSB是400MHZ，这些都大大提高了处理器的性能。其核心面积比TB-BO核心的核心稍长一点。该系列还是保持着AMD一贯的高性价比，是现在最值得购买的中低端产品之一。功耗比TB-BO核心的 Athlo

25、n XP稍高，不过比P4 C系列的功耗要低不少。 BARTON核心的Athlon XP AMD Athlon 64 系列 n AMD的Athlon 64处理器是全球首款64位PC处理器，采用基于X-86指令体系的64位架构。该处理器最大亮点就是支持64bit寻址位宽，并提供良好的向下兼容性支持32bit。该系列采用的是Socket754针脚设计，L2缓存分别有1MB和512KB两个版本。采用的是0.13微米的工艺，不过即将推出采用更先进的0.09工艺的产品。这系列的处理器性能十分强劲，当然，价格也不算便宜。但在Athlon 64在高性能的同时能保持着低功耗，最大功耗比P4 E系列低不少。如果价格能够得到进一步下调，该系列将成为高端处理器中最理想的选择。 AMD Athlon 64 系列 Cyrix系列n 6X86或MIn 6X86或MIIn M3n Cyrix III 各类CPU性能比较n Intel 性能良好、价格昂贵、超频潜力大n AMD 物美价廉、性能相比较差n Cyrix 便宜、浮点运算差 CPU新架构n 20段超级流水线n高效乱序执行n 2倍速ALUn新型片上缓存n SSE2指令扩展集n 400MHz前端总线(目前常用的FSB一般为533MHz)