在选购cpu 之前我们多少应该对cpu 性能制造工艺和发展
历史有所了解当然对这方面不感兴趣的朋友可以跳过这一小节
在我们后面的章节里同样会介绍一些和专业相关的知识
作为有电
脑水平进阶愿望的朋友的参考资料下面我们进入介绍内容
cpu 的英文全称是central processing unit 即中央处理器cpu
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从雏形出现到发展壮大的今天
由于制造技术的越来越先进
其集
成度越来越高内部的晶体管数达到几百万个虽然从最初的cpu
发展到现在其晶体管数增加了几十倍但是cpu 的内部结构仍然可
分为控制单元逻辑单元和存储单元三大部分cpu 的性能大致上
反映出了它所配置的那部微机的性能因此cpu 的性能指标十分重
要
cpu 主要的性能指标有以下几点
第一主频也就是cpu 的时钟频率简单地说也就是cpu 的
工作频率
一般说来
一个时钟周期完成的指令数是固定的
所以
主频越高cpu 的速度也就越快了不过由于各种cpu 的内部结构
也不尽相同所以并不能完全用主频来概括cpu 的性能至于外频
就是系统总线的工作频率而倍频则是指cpu 外频与主频相差的倍
数用公式表示就是主频=外频倍频而我们购买计算机主要看
cpu 的主频
第二
内存总线速度或者叫系统总路线速度
一般等同于cpu
的外频
内存总线的速度对整个系统性能来说很重要
由于内存速
度的发展滞后于cpu 的发展速度为了缓解内存带来的瓶颈所以
出现了二级缓存
来协调两者之间的差异
而内存总线速度就是指
cpu 与二级(l2)高速缓存和内存之间的工作频率
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第三工作电压工作电压指的也就是cpu 正常工作所需的电
压早期cpu 386 486 由于工艺落后它们的工作电压一般为
5v 奔腾等是3.5v/3.3v/2.8v 等随着cpu 的制造工艺与主频的
提高
cpu 的工作电压有逐步下降的趋势
intel 最新出品的
coppermine 已经采用1.6v 的工作电压了低电压能解决耗电过大和
发热过高的问题这对于笔记本电脑尤其重要
第四协处理器或者叫数学协处理器在486 以前的cpu 里面
是没有内置协处理器的
由于协处理器主要的功能就是负责浮点运
算因此386 286 8088 等等微机cpu 的浮点运算性能都相当落
后自从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现在cpu 的浮点单元协处理器往
往对多媒体指令进行了优化是比如intel 的mmx 技术mmx 多
媒体扩展指令集
的缩写
mmx 是intel 公司在1996 年为增强
pentium cpu 在音像图形和通信应用方面而采取的新技术为cpu
新增加57 条mmx 指令把处理多媒体的能力提高了60 左右现
在铜矿p 还有mmx2 技术将来还会有三代四代mmx 技
术名称可能不同意思是一样的
第五流水线技术超标量流水线(pipeline) 是 intel 首次在486
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
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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
的运算速度超流水线是指某型 cpu 内部的流水线超过通常的5~6
步以上例如pentium pro 的流水线就长达14 步将流水线设计的
步(级)数越多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 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pentium
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 技术所以才会超标量的cpu
第六乱序执行和分枝预测乱序执行是指cpu 采用了允许将
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
分枝是指程序运行时需要改变的节点
分枝有无条件分枝和有
条件分枝其中无条件分枝只需要cpu 按指令顺序执行而条件分
枝则必须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变因此需要分
枝预测技术处理的是条件分枝
第七l1 高速缓存也就是我们经常说的一级高速缓存在cpu
里面内置了高速缓存可以提高cpu 的运行效率内置的l1 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
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静态ram 组成结构较复杂在cpu 管芯面积不能太大的情况下
l1 级高速缓存的容量不可能做得太大采用回写(write back) 结构的
高速缓存
它对读和写操作均有可提供缓存
而采用写通
(write-through) 结构的高速缓存仅对读操作有效在486 以上的计
算机中基本采用了回写式高速缓存
第八l2 高速缓存指cpu 外部的高速缓存pentium pro 处理
器的l2 和cpu 运行在相同频率下的但成本昂贵所以pentium ii
运行在相当于cpu 频率一半下的容量为512k 为降低成本intel
公司曾生产了一种不带l2 的cpu 名为赛扬注现在铜矿及新赛
扬的l2 缓存与cpu 同频所以高端1g 以上的芯片大战中intel 暂
时领先于l2 只有主频一半或三分之一的amd 的k7
第九制造工艺 pentium cpu 的制造工艺是0.35 微米 pii
和赛扬可以达到0.25 微米最新的cpu 制造工艺可以达到0.18 微
米并且将采用铜配线技术可以极大地提高cpu 的集成度和工作
频率
cpu 按照其处理信息的字长可以分为8 位微处理器16 位微处
理器32 位微处理器以及64 位微处理器等
8 位微处理器的典型产品为intel 公司的8080 处理器8085 处理
器motorola 公司的mc6800 微处理器和zilog 公司的z80 微处理器
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intel 公司的8086 和80286 微处理器是典型的16 位微处理器产品
8080 处理器在工业控制中早已被广泛应用而80286 可以说是家喻
户晓了个人电脑―pc机的第一代cpu 便是从它开始的
32 位微处理器的代表产品是intel 公司在1985 年推出的80386
它是一种全32 位微处理器芯片1989 年intel 公司又推出准32 位处
理器芯片80386sx 它的内部数据总线为32 位与80386 相同外
部数据总线为16 位也就是说80386sx 的内部处理速度与80386
接近也支持真正的多任务操作而它又可以接受为80286 开发输
入/输出接口芯片80386sx 的性能优于80286 而价格只是80386
的三分之一386 处理器没有内置协处理器因此不能执行浮点运算
指令如果您需要进行浮点运算时必须额外购买昂贵的80387 协
处理器芯片
80 年代末90 年代初486 处理器面市早期的486 分为有协处
理器的486dx 和无协处理器的486sx 两种其价格也相差许多随
着芯片技术的不断发展cpu 的频率越来越快而pc 机外部设备
受工艺限制能够承受的工作频率有限这就阻碍了cpu 主频的进
一步提高在这种情况下出现了cpu 倍频技术该技术使cpu
内部工作频率为处理器外频的2 至3 倍486dx2 486dx4 的名字
便是由此而来
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90 年代中期全面超越486 的新一代586 处理器问世为了摆脱
486 时代处理器名称混乱的困扰最大的cpu 制造商intel 公司把自
己的新一代产品命名为pentium 奔腾以区别amd 和cyrix 的产
品amd 和cyrix 也分别推出了k5 和6x86 处理器来对付intel 但
是由于奔腾处理器的性能最佳intel 逐渐占据了绝大部分市场
以上的事虽然发生在几年或十几年前但相对cpu 的发展速
度那些可以说早成为历史了此后cpu 的发展情况不用我说想必
大家都已经很了解了97 年初pentium mmx 上市年中pentium ii
和amd k6 上市年末cyrix 6x86mx 面市98 年更是三足鼎
立pii 赛扬k6-2 mii 杀得你死我活自从推出pentium ii 后
intel 便放弃了自认为逐渐老化的socket 7 市场转而力推先进的slot 1
架构但是这一次intel 却打错了主意随着全球低于1000 美元低价
pc 需求量的增长amd 的k6-2 处理器填补了intel 在这个低端领
域的空白agp 总线技术100mhz 外频这些原先只有在slot 1
上才能实现的技术在amd 首先倡导的super 7 时代也实现了虽然
k6-2 和super 7 的性能比起同主频的pii 来说还有差距但是低廉的
价格还是让amd 抢得了将近30 的cpu 零售市场份额amd 更
是以一副不畏强者的姿态博得了众多消费者的好感
可惜到了99 年面对intel 猛烈反扑amd 开始走下坡路市
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场销量相当糟糕cyrix 更是在这场处理器大战中一败涂地本想依
靠ns 美国国家半导体公司东山再起无奈时机已晚最近ns
已经退出芯片市场将cyrix 出售给台湾的via 威盛公司虽然
via 公司已经进入cpu 市场但前景如何还有待观望
不过最近amd 公司已经开发出性能全面超越intel 系列cpu
的k7 athlon 暴龙如果amd 公司的cpu 产量能够满足市场的
需求该公司将拥有光明的未来针对amd 的行动intel 做出了
激烈的反应
迅速推出几款新的产品作为反击
看来
竞争将变得
更加激烈得益者当然是希望价格快速下跌的消费者展望cpu 市
场的未来是一片光明
1.1.2 cpu 产品简评
我们主要介绍intel amd 和cyrics 的产品另外还提及其它生
产厂商的产品当然在介绍的产品里面一部分已经退出了市场
大家了解即可
1 intel 系列
intel pentium 处理器已退出市场
intel pentium 也称为经典奔腾intel pentium classic 它是真正
的第五代处理器早期的pentium 60 和66 分别工作在与系统总线频
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率相同的60 和66mhz 两种频率下没有我们现在所说的倍频设置
而且最初的部分产品还有浮点运算错误
因此它并没有受到人们的
欢迎后来的pentium 处理器采用了现在一直使用的外频x倍频
cpu 工作频率的设置工作频率有75 90 100 120 133 150
166 200 几种规格
早期的奔腾75
120 使用0.6 微米的半导体制造工艺
后期
120mhz 频率以上的奔腾则改用0.35 微米工艺这就有助于cpu 频
率的进一步提高经典奔腾的供电电压均为3.3v
性能经典奔腾的性能相当平均整数运算和浮点运算都不错
当然这仅仅是在当时来说随着计算机技术的飞速发展在cpu
频率日新月异的今天