CPU的发展谁能说一下啊?谢谢了。
CPU的发展史、分类、结构和主要性能指标;
常见CPU的型号(Intel系列CPU、AMD系列CPU);
CPU散热器、CPU的安装、CPU的检测。
要求了解CPU的发展历史和常见CPU的型号;
重点掌握CPU的分类、结构和主要性能指标;
熟练掌握CPU的安装。
2.1 CPU的发展历史
1、 4位处理器——Intel 4004
1971年,Intel公司研制出微处理器芯片4004,如图所示。
1972年,Intel公司研制出8008处理器,如图所示。随后推出8080(PC8801)、8085;
其它公司推出Z80(工控)、6502(APPLE) 、M6800、
(1) Intel 8086/8088处理器
1978年Intel公司推出了首枚16位微处理器8086,如图2-3所示。
1979年Intel公司开发出8088,1981年IBM公司将8088处理器用于其研制的IBM PC中,从而开创了全新的微机时代,兼容机也大量推出。
1982年,Intel推出了80286芯片,下图所示是i80286的外观。 IBM公司将80286处理器用在IBM PC/AT机中,兼容机也大量采用。外围电路采用了大规模集成电路门阵列。
4、 32位处理器
(1) Intel 80386处理器,1985年Intel发布80386DX,如图2-6所示。
(2) Intel 80486处理器
1989年,Intel推出了80486芯片。将协处理器集成到CPU中,CPU采用插座与主板连接。
1993年,Intel公司发布了Pentium(奔腾)处理器也称586,以后都称为奔腾。第一代的Pentium代号有P54C,P55C,内建MMX(多媒体指令集)的Pentium处理器。外围电路采用芯片组方式。
与Pentium MMX属于同一级别的CPU有AMD K6、Cyrix 6x86 MX等,如图2-8所示。
1997年,Intel公司发布了Pentium II处理器,采用了SLOT1架构。
1999年,Intel公司发布了Pentium III处理器。 也推出Socket 370架构的Pentium III,速度提升、改善SLOT1的缺陷。
Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4处理器。
基于Socket 478架构的32位P4处理器,主频为1.8~2.4GHz。
5、 64位处理器
(1) AMD Athlon 64
2003年9月,AMD发布了面向台式机的64位处理器:Athlon 64和Athlon 64 FX。它们的初始实际频率为2.0GHz,晶体管数目为1.059亿个,采用0.13m工艺。
(2) Intel 64位处理器
2.2 64位CPU的型号
2.2.1 Intel系列CPU
1、64位Pentium4单核处理器
2004年8月,Intel 发布了64位处理器。推出了桌面版64位Pentium4 F处理器 ,采用了LGA775接口,命名方法上采用按系列编号。
有Pentium4的 5、6、8、9系列,64位的赛扬D处理器和最新的Core 2 DUO系列处理器等。
Celeron D 331是第一款支持EM64T技术的赛扬D处理器,该处理器采用LGA 775接口,具有2.8GHz实际频率。超频性能强。
Pentium D9系列
65nm制造工艺,内建3.76亿个晶体管,前端总线频率由800MHz FSB提升至1066MHz FSB,主频为3.46GHz,L2达 2MB x 2。Pentium D 900系列有Pentium D 915、920、930、940、945、950和960几个型号
3、 Core 2 Duo系列 (酷睿)
采用Core 2微架构,使处理器在整体功耗降低40%的同时,性能提高了40%,前端总线频率FSB提升至1333MHz ,L2达 4MB 。接口为LGA775,全新的智能缓存技术 提高了双核心乃至多核心处理器的工作效率 。目前Core 2 Duo系列主要有Core 2 Duo E2200、E5300、E6300、E6500、E6850、E7400等
例E6850 3.06GHz/FSB=1333MHz/4MB/65W
Q6600、Q8200、QX9600四核处理器
Q9300 :四核 2.5GHz/FSB=1333MHz/6MB/95W
4、 酷睿 i7 系列
在功耗不变的前提下,酷睿i7处理器对视频编缉、大型游戏和其它的互联网及计算机应用的速度提升可达40%。
I7有LGA 1366和LGA1156两种接口、处理器内部集成三通道内存控制器、全新采用类似于PCI Express串行点对点传输技术的通用系统接口(CSI),Intel称之为QuickPath Interconnect(QPI)总线技术 、传输速率为6.4Gbps,开放共享式8MB三级缓存。
I7 920:采用45nm工艺制造,主频为2.66GHz,四颗核心共享8M三级缓存,每颗核心独立拥有256KB二级高速缓存,QPI总线带宽4.8GT/s,由于内部整合了三通道DDR3内存控制器,因此可支持三通道DDR3内存。同类有产品有 940、950、965、975等型号。
5、 酷睿 i5 系列
在Core i5中分为i5-700和i5-600系列,i5-750为Lynnfield核心,四核心,不支持HT,i5-600系列为Clarkdale核心,只有两个核心,L3 Cache也只有4MB,但支持HT,也就是两核心四线程,Core i5都只支持双通道内存模式, 有LGA 1366和LGA1156接口。
I5 750
四核心,采用LGA 1156接口,45nm工艺,集成双通道DDR3内存控制器,主频为2.66GHz, 1MB二级缓存, 共享使用8MB三级缓存,功耗95W 。
6、 酷睿 i3 系列
在Core i3中分为i3-540和i3-530,Nehalem架构,双核心设计,支持超线程,采用当前最先进的32nm工艺;主频为2.93GHz~3.06GHz,外频133MHz,倍频22~23;集成4MB高速三级缓存,处理器内部整合北桥功能和GPU部分,支持双通道DDR3 1333/1066规格内存。采用45nm制作工艺,架构改进自英特尔整合显示核心的GMA架构,支持微软DX10。
i3的四大技术特色:
1、 Intel公司的酷睿i3系列CPU采用LGA1156接口,而且内存都是DDR3,便于平台升级; 且可以搭配很价格不高的H55或H57芯片组主板使用,不用特别采购独立显卡;
2、i3的频率高、速度快,主频已经突破了3G,还支持“英特尔超线程”技术;
3、i3带有“英特尔高清显卡”技术,集成显卡具备700MHz的较高主频;
4、i3的功耗低、发热低, 节能环保。
1. AthlonII X2 245(速龙)
主频为2.9GHz,外频200MHz,倍频14.5X。采用了45nm工艺制程,AM3接口设计,可支持DDR3规格内存。核心代号“Regor”,它是一款双核心处理器。每个核心拥有独立的拥128KB一级缓存和1MB二级缓存,所以一共提供了2MB的L2缓存,但其没有L3缓存。处理器最大热设计功耗仅为65W,默认电压为0.85-1.425V。同类产品还有AthlonII X2 240、250等
2. Athlon II X3 435
该处理器基于45nm工艺,拥有三个核心,同理也是由四核心屏蔽而来。主频高达2.7GHz,外频200MHz,内建4x512k L2高速缓存,采用938针的AM3接口设计,相比Phenom II三核最大的区别就是,Athlon II三核取消了三级缓存
4. Phenom II X4 945(弈龙)
Phenom II X4 945基于改进的Stars核心,采用原生四核心设计,每颗核心频率高达3.0GHz,外频为200MHz,倍频为15x,每颗核心都拥有独立的一级和二级缓存,容量分别是128KBytes和512KBytes,处理器还内置了6MB的三级缓存,被所有核心共享使用, Socket AM3接口封装,并采用先进的45nm SOI制作工艺,拥有7.61亿个晶体管,核心面积为258平方毫米,功耗为95W 。CPU支持SSE、SSE2、SSE3、SSE4A多媒体指令集和X86-64运算指令集。
2.3 CPU的分类、结构和主要性能指标
2.3.1 CPU的分类
CPU有多种分类方法。
1. 按CPU的生产厂家分:Intel 、AMD。。。
2. 按CPU的接口分: Socket 、Slot、 LGA、AM2、AM3
3. 按CPU的位数分: 4、 8、 16、 32、 64
4. 按内核数量分:单、双、多
5. 按应用场合分: 台式机版、服务器版(Xeon)、移动版。
2.3.2 CPU的结构
从CPU外部的结构看,CPU主要有两个部分组成:一个是内核,另一个是基板。
1. CPU的内核:大规模集成电路
2. CPU的基板:承载内核,固定引脚
3. CPU的编码:标注型号、主要参数等信息
例: INTEL E4500、INTEL CORE 2 DUO、SLA95 MALAY、2.20GHZ/2M/800/06、L732A771。
E表示台式机CPU,规格4500,新一代基于Core微架构的产品体系,双核, SLA95表示处理器的S-Spec编号,后面的MALAY是生产地 马来西亚,工作频率/L2缓存大小/前端总线频率/06代表其核心步进号,这是一颗2.2GHz、L2缓存有2MB、前端总线800MHz的CPU。 L732A771 ,表示产品的序列号。
4. CPU的接口:CPU与主板的连接方式
目前主要分为两大类:
一类是针脚式封装的Socket类型;
金属触点式封装的LGA (栅格阵列封装)。
前者多用于AMD公司的CPU,后者多用于Intel公司的CPU.
Intel的 478 针,支持32位的P4 CPU;
Intel的LGA775封装支持intel的64位P4 CPU ;
Intel的LGA1156封装支持intel的酷睿 i3、i5、i7系列 CPU;
Intel的LGA1366封装支持intel的酷睿 i7、i5系列 CPU;
AMD的939针,支持K8 3000 64位CPU
AM2 940针,支持AMD的64位CPU 4000+~5000+ 等。
八位.十六位.三十二位.六十四位
CPU发展历史CPU是Central Processing Unit(中央微处理器)的缩写,它是计算机中最重要的一个部分,由运算器和控制器组成。如果把计算机比作人,那么CPU就是人的大脑。CPU的发展非常迅速,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PentiumⅢ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。不管什么样的CPU,其内部结构归纳起来都可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分,这三个部分相互协调,对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。
CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了,这期间,按照其处理信息的字长,CPU可以分为:4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器,可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。
Intel 4004
1971年,英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004,这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器,它包含2300个晶体管。随后英特尔又推出了8008,由于运算性能很差,其市场反应十分不理想。1974年,8008发展成8080,成为第二代微处理器。8080作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中,如果没有微处理器,这些应用就无法实现。
由于微处理器可用来完成很多以前需要用较大设备完成的计算任务,价格又便宜,于是各半导体公司开始竞相生产微处理器芯片。Zilog公司生产了8080的增强型Z80,摩托罗拉公司生产了6800,英特尔公司于1976年又生产了增强型8085,但这些芯片基本没有改变8080的基本特点,都属于第二代微处理器。它们均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管,平均指令执行时间为1μS~2μS,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程,使用单用户操作系统。
Intel 8086
1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器。很快Zilog公司和摩托罗拉公司也宣布计划生产Z8000和68000。这就是第三代微处理器的起点。
8086微处理器最高主频速度为8MHz,具有16位数据通道,内存寻址能力为1MB。同时英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集,但i8087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的指令。人们将这些指令集统一称之为 x86指令集。虽然以后英特尔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x86指令,而且英特尔在后续CPU的命名上沿用了原先的x86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。
1979年,英特尔公司又开发出了8088。8086和8088在芯片内部均采用16位数据传输,所以都称为16位微处理器,但8086每周期能传送或接收16位数据,而8088每周期只采用8位。因为最初的大部分设备和芯片是8位的,而8088的外部8位数据传送、接收能与这些设备相兼容。8088采用40针的DIP封装,工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz,微处理器集成了大约29000个晶体管。
8086和8088问世后不久,英特尔公司就开始对他们进行改进,他们将更多功能集成在芯片上,这样就诞生了80186和80188。这两款微处理器内部均以16位工作,在外部输入输出上80186采用16位,而80188和8088一样是采用8位工作。
1981年,美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机中,从而开创了全新的微机时代。也正是从8088开始,个人电脑(PC)的概念开始在全世界范围内发展起来。从8088应用到IBM PC机上开始,个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中,它也标志着一个新时代的开始。
Intel 80286
1982年,英特尔公司在8086的基础上,研制出了80286微处理器,该微处理器的最大主频为20MHz,内、外部数据传输均为16位,使用24位内存储器的寻址,内存寻址能力为16MB。80286可工作于两种方式,一种叫实模式,另一种叫保护方式。
在实模式下,微处理器可以访问的内存总量限制在1兆字节;而在保护方式之下,80286可直接访问16兆字节的内存。此外,80286工作在保护方式之下,可以保护操作系统,使之不像实模式或8086等不受保护的微处理器那样,在遇到异常应用时会使系统停机。
IBM公司将80286微处理器用在先进技术微机即AT机中,引起了极大的轰动。80286在以下四个方面比它的前辈有显著的改进:支持更大的内存;能够模拟内存空间;能同时运行多个任务;提高了处理速度。最早PC机的速度是4MHz,第一台基于80286的AT机运行速度为6MHz至8MHz,一些制造商还自行提高速度,使80286达到了20MHz,这意味着性能上有了重大的进步。
80286的封装是一种被称为PGA的正方形包装。PGA是源于PLCC的便宜封装,它有一块内部和外部固体插脚,在这个封装中,80286集成了大约130000个晶体管。
IBM PC/AT微机的总线保持了XT的三层总线结构,并增加了高低位字节总线驱动器转换逻辑和高位字节总线。与XT机一样,CPU也是焊接在主板上的。
那时的原装机仅指IBM PC机,而兼容机就是除了IBM PC以外的其它机器。在当时,生产CPU的公司除英特尔外,还有AMD及西门子公司等,而人们对自己电脑用的什么CPU也不关心,因为AMD等公司生产的CPU几乎同英特尔的一样,直到486时代人们才关心起自己的CPU来。
8086~80286这个时代是个人电脑起步的时代,当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少,它在人们心中是一个神秘的东西。到九十年代初,国内才开始普及计算机。
Intel 80386
1985年春天的时候,英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司,它决心全力开发新一代的32位核心的CPU—80386。Intel给80386设计了三个技术要点:使用“类286”结构,开发80387微处理器增强浮点运算能力,开发高速缓存解决内存速度瓶颈。
1985年10月17日,英特尔划时代的产品——80386DX正式发布了,其内部包含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz,最后还有少量的40MHz产品。
80386DX的内部和外部数据总线是32位,地址总线也是32位,可以寻址到4GB内存,并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外,还增加了一种“虚拟86”的工作方式,可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力。
80386DX有比80286更多的指令,频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令,比频率为16MHz的80286快2.2倍。80386最经典的产品为80386DX-33MHz,一般我们说的80386就是指它。
由于32位微处理器的强大运算能力,PC的应用扩展到很多的领域,如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。80386使32位CPU成为了PC工业的标准。
虽然当时80386没有完善和强大的浮点运算单元,但配上80387协处理器,80386就可以顺利完成许多需要大量浮点运算的任务,从而顺利进入了主流的商用电脑市场。另外,30386还有其他丰富的外围配件支持,如82258(DMA控制器)、8259A(中断控制器)、8272(磁盘控制器)、82385(Cache控制器)、82062(硬盘控制器)等。针对内存的速度瓶颈,英特尔为80386设计了高速缓存(Cache),采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈,从此以后,Cache就和CPU成为了如影随形的东西。
Intel 80387/80287
严格地说,80387并不是一块真正意义上的CPU,而是配合80386DX的协处理芯片,也就是说,80387只能协助80386完成浮点运算方面的功能,功能很单一。
Intel 80386SX
1989年英特尔公司又推出准32位微处理器芯片80386SX。这是Intel为了扩大市场份额而推出的一种较便宜的普及型CPU,它的内部数据总线为32位,外部数据总线为16位,它可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片,降低整机成本。
80386SX推出后,受到市场的广泛的欢迎,因为80386SX的性能大大优于80286,而价格只是80386的三分之一。
Intel 80386SL/80386DL
英特尔在1990年推出了专门用于笔记本电脑的80386SL和80386DL两种型号的386芯片。这两个类型的芯片可以说是80386DX/SX的节能型,其中,80386DL是基于80386DX内核,而80386SL是基于80386SX内核的。这两种类型的芯片,不但耗电少,而且具有电源管理功能,在CPU不工作的时候,自动切断电源供应。
Motorola 68000
摩托罗拉的68000是最早推出的32位微微处理器,当时是1984年,推出后,性能超群,并获得如日中天的苹果公司青睐,在自己的划时代个人电脑“PC-MAC”中采用该芯片。但80386推出后,日渐没落。
AMD Am386SX/DX
AMD的Am386SX/DX是兼容80386DX的第三方芯片,性能上和英特尔的80386DX相差无己,也成为当时的主流产品之一。
IBM 386SLC
这个是由IBM在研究80386的基础上设计的,和80386完全兼容,由英特尔生产制造。386SLC基本上是一个在80386SX的基础上配上内置Cache,同时包含80486SX的指令集,性能也不错。
Intel 80486
1989年,我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管,使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。
80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍,内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。并且,在80x86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,80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。
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内部工作频率为微处理器外频的2~3倍,486 DX2、486 DX4的名字便是由此而来。
Intel 80486 DX
常见的80486 CPU有80486 DX-33、40、50。486 CPU与386 DX一样内外都是32位的,但是最慢的486 CPU也比最快的386 CPU要快,这是因为486 SX/DX执行一条指令,只需要一个振荡周期,而386DX CPU却需要两个周期。
Intel 80486 SX
因为80486 DX CPU具有内置的浮点协微处理器,功能强大,当然价格也就比较昂贵。为了适应普通的用户的需要,尤其是不需要进行大量浮点运算的用户,英特尔公司推出了486 SX CPU。80486 SX主板上一般都有80487协微处理器插座,如果需要浮点协微处理器的功能,可以插上一个80487协微处理器芯片,这样就等同于486 DX了。常见的80486 SX CPU有:80486 SX-25、33。
Intel 80486 DX2/DX4
其实这种CPU的名字与频率是有关的,这种CPU的内部频率是主板频率的两/四倍,如80486 DX2-66,CPU的频率是66MHz,而主板的频率只要是33MHz就可以了。
Intel 80486 SL CPU
80486 SL CPU最初是为笔记本电脑和其他便携机设计的,与386SL一样,这种芯片使用3.3V而不是5V电源,而且也有内部切断电路,使微处理器和其他一些可选择的部件在不工作时,处于休眠状态,这样就可以减少笔记本电脑和其他便携机的能耗,延长使用时间。
Intel 486 OverDrive
升级486 SX可以在主板的协微处理器插槽上安装一个80487SX芯片,使其等效于486 DX,但是这样升级后,只是增加了浮点协微处理器的能力,并没有提高系统的速度。为了提高系统的速度,还有另外一种升级的方法,就是在协微处理器插槽上插上一个486 OverDrive CPU,它的原理与486 DX2 CPU一样,其内部操作速度可以是外部速度的两倍。如一个20MHz的主板上安插了OverDrive CPU之后,CPU内部的操作速度可以达到40MHz。486 OverDrive CPU也有浮点协微处理器的功能,常见的有:OverDrive-50、66、80。
TI 486 DX
作为全球知名的半导体厂商之一,美国德州仪器(TI)也在486时代异军突起,它自行生产了486 DX系列CPU,尤其在486DX2成为主流后,其DX2-80因较高的性价比成为当时主流产品之一,TI 486最高主频为DX4-100,但其后再也没有进入过CPU市场。
Cyrix 486DLC
这是Cyrix公司生产的486 CPU,说它是486 CPU,是指它的效率上逼近486 CPU,却并不是严格意义上的486 CPU,这是由486 CPU的特点而定的。486DLC CPU只是将386DX CPU与1K Cache组合在一块芯片里,没有内含浮点协微处理器,执行一条指令需要两个振荡周期。但是由于486DLC CPU设计精巧,486DLC-33 CPU的效率逼近英特尔公司的486 SX-25,而486DLC-40 CPU则超过了486 SX-25,并且486DLC-40 CPU的价格比486 SX-25便宜。486DLC CPU是为了升级386DM而设计的,如果原来有一台386电脑,想升级到486,但是又不想更换主板,就可以拔下原来的386 CPU,插上一块486DLC CPU就可以了。
Cyrix 5x86
自从英特尔另辟蹊径,开发了Pentium之后,Cyrix也很快推出了自己的新一代产品5x86。它仍然延用原来486系列的CPU插座,而将主频从100MHz提高到120MHz。5x86比起486来说性能是有所增加,可是比起Pentium来说,不但浮点性能远远不足,就连Cyrix一向自豪的整数运算性能也不那么高超,给人一种比上不足比下有余的感觉。由于5x86可以使用486的主板,因此一般将它看成是过渡产品。
AMD 5x86
AMD 486DX是AMD公司在 486市场的利器,它内置16KB回写缓存,并且开始了单周期多指令的时代,还具有分页虚拟内存管理技术。由于后期TI推出了486DX2-80,价格非常低,英特尔又推出了Pentium系列,AMD为了抢占市场的空缺,推出了5x86系列CPU。它是486级最高主频的产品,为5x86-120及133。它采用了一体的16K回写缓存,0.35微米工艺,33×4的133频率,性能直指Pentiun 75,并且功耗要小于Pentium。
Intel Pentium
1993年,全面超越486的新一代586 CPU问世,为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰,英特尔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微处理器来对付芯片巨人,但是由于奔腾微处理器的性能最佳,英特尔逐渐占据了大部分市场。
Pentium最初级的CPU是Pentium 60和Pentium 66,分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下,没有我们现在所说的倍频设置。
早期的奔腾75MHz~120MHz使用0.5微米的制造工艺,后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。经典奔腾的性能相当平均,整数运算和浮点运算都不错。
Intel Pentium MMX
为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力,许多新指令集应运而生,其中最著名的三种便是英特尔的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX(MultiMedia Extensions,多媒体扩展指令集)是英特尔于1996年发明的一项多媒体指令增强技术,包括57条多媒体指令,这些指令可以一次处理多个数据,MMX技术在软件的配合下,就可以得到更好的性能。
多能奔腾(Pentium MMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”,是在1996年底发布的。从多能奔腾开始,英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了,但是MMX的CPU超外频能力特别强,而且还可以通过提高核心电压来超倍频,所以那个时候超频是一个很时髦的行动。超频这个词语也是从那个时候开始流行的。
多能奔腾是继Pentium后英特尔又一个成功的产品,其生命力也相当顽强。多能奔腾在原Pentium的基础上进行了重大的改进,增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存,4路写缓存以及分支预测单元和返回堆栈技术。特别是新增加的57条MMX多媒体指令,使得多能奔腾即使在运行非MMX优化的程序时,也比同主频的Pentium CPU要快得多。
这57条MMX指令专门用来处理音频、视频等数据。这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间,使CPU拥有更强大的数据处理能力。与经典奔腾不同,多能奔腾采用了双电压设计,其内核电压为2.8V,系统I/O电压仍为原来的3.3V。如果主板不支持双电压设计,那么就无法升级到多能奔腾。
多能奔腾的代号为P55C,是第一个有MMX技术(整量型单元执行)的CPU,拥有16KB数据L1 Cache,16KB指令L1 Cache,兼容SMM,64位总线,528MB/s的频宽,2时钟等待时间,450万个晶体管,功耗17瓦。支持的工作频率有:133MHz、150MHz、166MHz、200MHz、233MHz。
Intel Pentium Pro
曾几何时,Pentium Pro是高端CPU的代名词,Pentium Pro所表现的性能在当时让很多人大吃一惊,但是Pentium Pro是32位数据结构设计的CPU,所以Pentium Pro运行16位应用程序时性能一般,但仍然是32位的赢家,但是后来,MMX的出现使它黯然失色。
Pentium Pro(高能奔腾,686级的CPU)的核心架构代号为P6(也是未来PⅡ、PⅢ所使用的核心架构),这是第一代产品,二级Cache有256KB或512KB,最大有1MB的二级Cache。工作频率有:133/66MHz(工程样品),150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。
AMD K5
K5是AMD公司第一个独立生产的x86级CPU,发布时间在1996年。由于K5在开发上遇到了问题,其上市时间比英特尔的Pentium晚了许多,再加上性能不好,这个不成功的产品一度使得AMD的市场份额大量丧失。K5的性能非常一般,整数运算能力不如Cyrix的6x86,但是仍比Pentium略强,浮点运算能力远远比不上Pentium,但稍强于Cyrix。综合来看,K5属于实力比较平均的那一种产品。K5低廉的价格显然比其性能更能吸引消费者,低价是这款CPU最大的卖点。
AMD K6
AMD 自然不甘心Pentium在CPU市场上呼风唤雨,因此它们在1997年又推出了K6。K6这款CPU的设计指标是相当高的,它拥有全新的MMX指令以及64KB L1 Cache(比奔腾MMX多了一倍),整体性能要优于奔腾MMX,接近同主频PⅡ的水平。K6与K5相比,可以平行地处理更多的指令,并运行在更高的时钟频率上。AMD在整数运算方面做得非常成功,K6稍微落后的地方是在运行需要使用到MMX或浮点运算的应用程序方面,比起同样频率的Pentium 要差许多。
K6拥有32KB数据L1 Cache,32KB指令L1 Cache,集成了880万个晶体管,采用0.35微米技术,五层CMOS,C4工艺反装晶片,内核面积168平方毫米(新产品为68平方毫米),使用Socket7架构。
Cyrix 6x86/MX
Cyrix 也算是一家老资格的CPU开发商了,早在x86时代,它和英特尔,AMD就形成了三雄并立的局面。
自从Cyrix与美国国家半导体公司合并后,使它终于拥有了自己的芯片生产线,成品也日益完善和完备。Cyrix的6x86是投放到市场上与Pentium兼容的微处理器。
IDT WinChip
美国IDT公司(Integrated Device Technology)作为新加入此领域的CPU生产厂商,在1997年推出的第一个微微处理器产品是WinChip(即C6),在整个CPU市场上所占的份额还不足1%。1998年5月,IDT宣布了它的第二代产品WinChip 2 。
WinChip 2在原有WinChip的基础上作了一些改进,增加了一个双指令的MMX单元,增强了浮点运算功能。改进后的WinChip 2比相同频率的WinChip性能提高约10%,基本达到Intel Pentium微处理器的性能。
Intel PentiumⅡ
1997年~1998年是CPU市场竞争异常激烈的一年,这一时期的CPU芯片异彩纷呈,令人目不暇接。
PentiumⅡ的中文名称叫“奔腾二代”,它有Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai等几种不同核心结构的系列产品,其中第一代采用Klamath核心,0.35微米工艺制造,内部集成750万个晶体管,核心工作电压为2.8V。
PentiumⅡ微处理器采用了双重独立总线结构,即其中一条总线连通二级缓存,另一条负责主要内存。PentiumⅡ使用了一种脱离芯片的外部高速L2 Cache,容量为512KB,并以CPU主频的一半速度运行。作为一种补偿,英特尔将PentiumⅡ的L1 Cache从16KB增至32KB。另外,为了打败竞争对手,英特尔第一次在PentiumⅡ中采用了具有专利权保护的Slot 1接口标准和SECC(单边接触盒)封装技术。
1998年4月16日,英特尔第一个支持100MHz额定外频的、代号为Deschutes的350、400MHz CPU正式推出。采用新核心的PentiumⅡ微处理器不但外频提升至100MHz,而且它们采用0.25微米工艺制造,其核心工作电压也由2.8V降至2.0V,L1 Cache和L2 Cache分别是32KB、512KB。支持芯片组主要是Intel的440BX。
在1998年至1999年间,英特尔公司推出了比PentiumⅡ功能更强大的CPU--Xeon(至强微处理器)。该款微处理器采用的核心和PentiumⅡ差不多,0.25微米制造工艺,支持100MHz外频。Xeon最大可配备2MB Cache,并运行在CPU核心频率下,它和PentiumⅡ采用的芯片不同,被称为CSRAM(Custom StaticRAM,定制静态存储器)。除此之外,它支持八个CPU系统;使用36位内存地址和PSE模式(PSE36模式),最大800MB/s的内存带宽。Xeon微处理器主要面向对性能要求更高的服务器和工作站系统,另外,Xeon的接口形式也有所变化,采用了比Slot 1稍大一些的Slot 2架构(可支持四个微处理器)。
Intel Celeron(赛扬)
英特尔为进一步抢占低端市场,于1998年4月推出了一款廉价的CPU—Celeron(中文名叫赛扬)。最初推出的Celeron有266MHz、300MHz两个版本,且都采用Covington核心,0.35微米工艺制造,内部集成1900万个晶体管和32KB一级缓存,工作电压为2.0V,外频66MHz。Celeron与PentiumⅡ相比,去掉了片上的L2 Cache,此举虽然大大降低了成本,但也正因为没有二级缓存,该微处理器在性能上大打折扣,其整数性能甚至不如Pentium MMX。
为弥补缺乏二级缓存的Celeron微处理器性能上的不足,进一步在低端市场上打击竞争对手,英特尔在Celeron266、300推出后不久,又发布了采用Mendocino核心的新Celeron微处理器—Celeron300A、333、366。与旧Celeron不同的是,新Celeron采用0.25微米工艺制造,同时它采用Slot 1架构及SEPP封装形式,内建32KB L1 Cache、128KB L2 Cache,且以CPU相同的核心频率工作,从而大大提高了L2 Cache的工作效率。
AMD K6-2
AMD于1998年4月正式推出了K6-2微处理器。它采用0.25微米工艺制造,芯片面积减小到了68平方毫米,晶体管数目也增加到930万个。另外,K6-2具有64KB L1 Cache,二级缓存集成在主板上,容量从512KB到2MB之间,速度与系统总线频率同步,工作电压为2.2V,支持Socket 7架构。
K6-2是一个K6芯片加上100MHz总线频率和支持3D Now!浮点指令的“结合物”。3D Now!技术是对x86体系的重大突破,它大大加强了处理3D图形和多媒体所需要的密集浮点运算性能。此外,K6-2支持超标量MMX技术,支持100MHz总线频率,这意味着系统与L2缓存和内存的传输率提高近50%,从而大大提高了整个系统的表现。
Cyrix MⅡ
作为Cyrix公司独自研发的最后一款微处理器,Cyrix MⅡ是于1998年3月开始生产的。除了具有6x86本身的特性外,该微处理器还支持MMX指令,其核心电压为2.9V,具有256字节指令;3.5X倍频;核心内集成650万个晶体管,功耗20.6瓦;64KB一级缓存。
Rise mp6
Rise公司是一家成立于1993年11月的美国公司,主要生产x86兼容的CPU,在1998年推出了mP6 CPU。mp6不仅价格便宜,而且性能优异,有着很好的多媒体性能和强大的浮点运算。mp6使用Socket 7/Super 7兼容插座,只有16KB的一级缓存。
Intel PentiumⅢ
1999年春节刚过,英特尔公司就发布了采用Katmai核心的新一代微处理器—PentiumⅢ。该微处理器除采用0.25微米工艺制造,内部集成950万个晶体管,Slot 1架构之外,它还具有以下新特点:系统总线频率为100MHz;采用第六代CPU核心—P6微架构,针对32位应用程序进行优化,双重独立总线;一级缓存为32KB(16KB指令缓存加16KB数据缓存),二级缓存大小为512KB,以CPU核心速度的一半运行;采用SECC2封装形式;新增加了能够增强音频、视频和3D图形效果的SSE(Streaming SIMD Extensions,数据流单指令多数据扩展)指令集,共70条新指令。PentiumⅢ的起始主频速度为450MHz。
和PentiumⅡ Xeon一样,英特尔同样也推出了面向服务器和工作站系统的高性能CPU—PentiumⅢ Xeon至强微处理器。除前期的PentiumⅡ Xeon500、550采用0.25微米技术外,该款微处理器是采用0.18微米工艺制造,Slot 2架构和SECC封装形式,内置32KB一级缓存和512KB二级缓存,工作电压为1.6V。
Intel CeleronⅡ
为进一步巩固低端市场优势,英特尔于2000年3月29日推出了采用Coppermine核心CeleronⅡ。该款微处理器同样采用0.18微米工艺制造,核心集成1900万个晶体管,采用FC-PGA封装形式,它和赛扬Mendocino一样内建128KB和CPU同步运行的L2 Cache,故其内核也称为Coppermine 128。CeleronⅡ不支持多微处理器系统。但是,CeleronⅡ的外频仍然只有66MHz,这在很大程度上限制了其性能的发挥。
AMD K6-Ⅲ
AMD于1999年2月推出了代号为“Sharptooth”(利齿)的K6-Ⅲ,它是该公司最后一款支持Super 7架构和CPGA封装形式的CPU,采用0.25微米制造工艺、内核面积是135平方毫米,集成了2130万个晶体管,工作电压为2.2V/2.4V。
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