CPU 基础知识

1. CPU基础知识

2. 什么是CPU？ • 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。 • 控制器负责对数据进行算术运算和逻辑运算操作； • 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。

3. CPU的工作原理 • 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）。

4. CPU性能指标 • 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。

5. 主频 • 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。

6. 外频 • 外频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。

7. 倍频 • 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。

8. 缓存 • 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。 • CPU的缓存分为一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）。 • 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。

9. 内存总线速度 • 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。

10. 扩展总线 • 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。

11. 协处理器 • 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。

12. 地址总线宽度 • 地址总线宽度决定了CPU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。

13. 数据总线宽度 • 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。

14. 工作电压 • 工作电压（Supply Voltage）指的也就是CPU正常工作所需的电压。 • 早期的CPU（286～486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1.5V～2.0V，解决了发热过高的问题，延长了CPU使用寿命。

15. 动态处理 • 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。 • 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。

16. 流水线 • 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5~6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5~6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。

17. 超标量 • 超标量是指在一个时钟周期内CPU可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。

18. MMX指令集 • 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。

19. 3D Now！指令集 • 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 Now！的威力强大。

20. SSE指令集 • 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，

21. 制造工艺 • 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微米到现在的0.35微米、 0.25微米、0.18微米、0.13微米甚至更小。

22. CPU发展历程 • 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。 • 从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而Pentium Ⅲ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，8088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。

23. 常见的CPU主流品牌  英特尔（INTEL）  超微（AMD）

24. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium（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）。

25. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium（奔腾）正面 Pentium（奔腾）背面

26. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium MMX（多能奔腾）正面 Pentium MMX（多能奔腾）背面

27. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium 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。

28. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium II（奔腾2）正面 Pentium II（奔腾2）侧面

29. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium 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。

30. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium III（奔腾3） Slot 1 Pentium III（奔腾3） Socket 370

31. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium 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。

32. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium 4（奔腾4） 正面 Pentium 4（奔腾4） 背面

33. 英特尔（ Intel ）CPU Pentium 4（奔腾4） 正面 Pentium 4（奔腾4） 背面

34. 英特尔（ Intel ）CPU Celeron（塞扬） 塞扬属于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。

35. 英特尔（ Intel ）CPU Celeron（塞扬）早期产品 Celeron（塞扬）后期产品

36. 超微（AMD）CPU AMD K6-2 AMD 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。

37. 超微（AMD）CPU AMD K6-2

38. 超微（AMD）CPU AMD K6-III AMD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，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512KB~2MB三级缓存。

39. 超微（AMD）CPU AMD K6-III

40. 超微（AMD）CPU AMD 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。

41. 超微（AMD）CPU AMD Athlon （速龙）

42. 超微（AMD）CPU AMD Athlon（速龙） Thunderbird（雷鸟）

43. 超微（AMD）CPU AMD 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。

44. 超微（AMD）CPU AMD Duron（毒龙）

45. 超微（AMD）CPU AMD Athlon XP AMD 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。

46. 超微（AMD）CPU AMD Athlon XP（正面） AMD Athlon XP（背面）