2005-11-23 05:10 【CNET中國·ZOL 原創(chuàng)】 作者：ZOL評測中心 | 責(zé)編：王剛  CPU的基礎(chǔ)知識：今天，我們可以舒適在坐在電腦前看電影、聽音樂，通過互聯(lián)網(wǎng)尋找資料，與遠(yuǎn)方的朋友進(jìn)行視頻聊天，又或者通過電子商務(wù)網(wǎng)站購買一本雜志、一款自己心儀的MP3播放器，一切都顯得那么隨意和悠然自得 。但是大部分人卻都沒想過，能夠有如此幸福生活，是多少人前赴后繼，作出了可歌可泣貢獻(xiàn)才得到的。 昨天晚上，一IT界著名的朋友跟筆者說“你每天都喝水，那你有沒考慮過水廠和水龍頭的關(guān)系怎么樣的？”。確實，也許并非每個朋友都對IT和其中發(fā)生的事情感興趣，但是曾經(jīng)發(fā)生的事情和有過的經(jīng)歷，卻可以讓我們 更加珍惜這來之不易的幸福。了解成功人的歷史，更可讓我們受益菲淺。 現(xiàn)在就讓筆者帶大家去回顧一下，這有趣而又激勵人心的輝煌歷史。 第一篇跟大家介紹的是PC里面的心臟：CPU(Central Processing Unit)，被稱呼為中心處理器或者M(jìn)icroprocessor微處理器。CPU是計算機的核心，其重要性好比心臟對于人一樣。實際上，處理器的作用和大腦更相似，因為它負(fù)責(zé)處理、運算計算機內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，而主板芯片組則更像是心臟，它控制著數(shù)據(jù)的交換。CPU的種類決定了你使用的操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件，CPU的速度決定了你的計算機有多強大，當(dāng)然越快、越新的CPU會花掉你更多的錢。 CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分為：四位微處理器、八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器等等。 如今，Intel的CPU和其兼容產(chǎn)品統(tǒng)治著微型計算機——PC的大半江山，但是除了Intel或AMD的CPU，還是你可能聽說過的其他一些CPU，如HP的PA-RISC,IBM的Power4和Sun的UltraSparc等，只是它們都是精簡指令集運算（RISC）處理器，使用Unix的專利操作系統(tǒng)，例如IBM的AIX和Sun的Solaris等。 雖然設(shè)計方式和工作原理的過程有區(qū)別，但不同處理器依然有很多相似之處。從外表看來，CPU常常是矩形或正方形的塊狀物，通過密密麻麻的眾多管腳與主板相連。不過，你看到的不過是CPU的外衣——CPU的封裝。而內(nèi)部，CPU的核心是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片(其英文名稱為die，核心)。在這塊小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬計的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運算和操作。
左邊是揭了蓋可以看到核心的處理器 硅能成為生產(chǎn)CPU核心的半導(dǎo)體材料主要是因為其分布的廣泛性和價格便宜。此外，硅可以形成品質(zhì)極佳的大塊晶體，通過切割，得到直徑8英寸甚至更大而厚度不足1毫米的圓形薄片——晶片(也叫晶圓)。一片晶片可以劃分切割成許多小片，每一小片就是一塊單獨CPU的核心。當(dāng)然，在切割之前有許多處理過程要做。 Intel發(fā)布的第一顆處理器4004僅僅包含2000個晶體管，而目前最新的Intel Pentium 8400EE處理器包含超過2.3億個晶體管，集成度提高了十萬倍，這可以說是當(dāng)今最復(fù)雜的集成電路了。與此同時，你會發(fā)現(xiàn)單個CPU的核心硅片的大小絲毫沒有增大，甚至變得更小了，這就要求不斷地改進(jìn)制造工藝以便能生產(chǎn)出更精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。如今，最新的處理器采用的是0.065微米技術(shù)制造，也就是常說的0.065微米線寬。 Pentium 840EE處理器采用90nm制程的Smithfield核心，每核心1MB二級緩存，800MHZ的FSB，支持EDB防毒和EMT64T，可以搭配64位WinXP，90納米制程，206平方毫米芯片面積，2.3億晶體管。Pentium 4 643 (3.2GHz)采用65nm工藝的CedarMill，集成2MB二級緩存，單核心，支持HT、EM64T，VT。 需要說明的是，線寬是指芯片上的最基本功能單元——門電路的寬度，因為實際上門電路之間連線的寬度同門電路的寬度相同，所以線寬可以描述制造工藝?？s小線寬意味著晶體管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系統(tǒng)更穩(wěn)定，CPU得以運行在更高的頻率下，而且在相同的芯片復(fù)雜程度下可使用更小的晶圓，于是成本降低了。 隨著線寬的不斷降低，以往芯片內(nèi)部使用的鋁連線的導(dǎo)電性能將不敷使用，AMD在其K7系列開始采用銅連線技術(shù)。而現(xiàn)在這一技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。 CPU的制造過程：關(guān)于CPU的基礎(chǔ)知識：CPU的制造過程
所謂的“切割晶圓”也就是用機器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個細(xì)小的區(qū)域，每個區(qū)域都將成為一個CPU的內(nèi)核(Die)。
在經(jīng)過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻(Photoresist)物質(zhì)，紫外線通過印制著CPU復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。
用溶劑將被紫外線照射過的光阻物清除，然后再采用化學(xué)處理方式，把沒有覆蓋光阻物質(zhì)部分的硅氧化物層蝕刻掉。然后把所有光阻物質(zhì)清除，就得到了有溝槽的硅基片。
為加工新的一層電路，再次生長硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、 蝕刻過程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。
通過離子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，形成門電路。接下來的步驟就是不斷重復(fù)以上的過程。一個完整的CPU內(nèi)核包含大約20層，層間留出窗口，填充金屬以保持各層間電路的連接。完成最后的測試工作后，切割硅片成單個CPU核心并進(jìn)行封裝，一個CPU便制造出來了。 CPU主要性能指標(biāo)：關(guān)于CPU的基礎(chǔ)知識：CPU的主要性能指標(biāo)
即CPU的時鐘頻率(CPU Clock Speed)，這是我們最關(guān)心的，我們所說的3.2GHz、2.0GHz等就是指它，一般說來，主頻越高，CPU的速度就越快，整機的就越高。不過現(xiàn)在AMD都采用了更加模糊的命名方式，企圖讓消費者淡化以主頻率計算性能的觀念。比如Athlon 3000+，它的頻率有可能是2.20GHz，也有可能是2.0GHz 。Intel 則采用了Pentium 643這種更易讓人眼花繚亂的命名方式，一般人不查參數(shù)，很難記得它的意義。
即CPU的外部時鐘頻率，由電腦主板提供，以前一般是133MHz，目前Intel公司最新的芯片組i925XE芯片組使用1066MHz的FSB。
封閉在CPU芯片內(nèi)部的高速緩存，用于暫時存儲CPU運算時的部分指令和數(shù)據(jù)，存取速度與CPU主頻一致，L1緩存的容量單位一般為KB。L1緩存越大，CPU工作時與存取速度較慢的L2緩存和內(nèi)存間交換數(shù)據(jù)的次數(shù)越少，相對電腦的運算速度可以提高。
CPU外部的高速緩存，現(xiàn)在處理器的L2 Cache是和CPU運行在相同頻率下的（以前P2 P3的二級緩存運行在相當(dāng)于CPU頻率一半下）。 其它的還有封裝技術(shù)、接口技術(shù)、、制造工藝、指令集等就不再詳細(xì)解釋，不然就是寫書而不是寫文章了。不如如果這系列文章可以持續(xù)寫下去的話，以后便好好跟大家再交流一下。 微處理器發(fā)展的第一階段遠(yuǎn)去的歷史：微處理器發(fā)展的第一階段 講完了一些技術(shù)的簡單內(nèi)容，現(xiàn)在就帶大家去看看CPU是怎樣從無到有，并且一步步發(fā)展起來的。 根據(jù)大家的記憶，筆者把它分為了幾個發(fā)展階段。注意，這并非按照教科書去分，而是我們的記憶。
Intel公司成立于1968年，格魯夫（左）、諾依斯（中）和摩爾（右）是微電子業(yè)界的夢幻組合
1971年1月，Intel公司的霍夫(Marcian E.Hoff)研制成功世界上第一枚4位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。 4004當(dāng)時只有2300個晶體管，是個四位系統(tǒng)，時鐘頻率在108KHz，每秒執(zhí)行6萬條指令（0.06 MIPs)。功能比較弱,且計算速度較慢,只能用在Busicom計算器上。
格魯夫 “只有偏執(zhí)狂才能生存” 1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器），其中4004（上圖）包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價為200美元。
Intel 8008 1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。
1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS。
摩爾預(yù)言，晶體管的密度每過18個月就會翻一番，這就是著名的摩爾定律。
1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair 8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。
當(dāng)時，Zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。Zilog公司于1976年對8080進(jìn)行擴展,開發(fā) 出Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設(shè)備。直到今天，Z80仍然是8位處理器的巔峰之作，還在各種場合大賣特賣。CP/M就是面向其開發(fā)的操作系統(tǒng)。許多著名的軟件如:WORDSTAR 和DBASE II都基于此款處理器。
處理程序WordStar是當(dāng)時很受歡迎的應(yīng)用軟件，后來也廣泛用于DOS平臺。  曾經(jīng)的輝煌代表產(chǎn)品：曾經(jīng)的輝煌代表產(chǎn)品：
Apple Ⅰ 1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs開發(fā)出微型計算機Apple I，4月1日愚人節(jié)這天，兩個Steve成立了Apple計算機公司。
Apple II 1976年：一些離開了Motorola公司的部分工程人員自組成立MOS Technology公司，并且開發(fā)出了6502處理器。它的位寬為8bit，頻率只有1MHz，并且無協(xié)處理器。但它是IBM PC機問世之前世界上最流行的微型計算機Apple II(蘋果機)的CPU。Apple II是第一個帶有彩色圖形的個人計算機，售價為1300美元。Apple II及其系列改進(jìn)機型風(fēng)靡一時，這使Apple成為微型機時代最成功的計算機公司。
Intel 8086 1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，標(biāo)志著第三代微處理器問世。它采用16位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和29000個3微米技術(shù)的晶體管，售價360美元。 不過當(dāng)時由于360美元過于昂貴，大部分人都沒有足夠的錢購買使用此芯片的電腦，于是 Intel 在1年之后,推出4.77MHz的8位微處理器8088。IBM公司1981年生產(chǎn)的第一臺電腦就是使用的這種芯片。這也標(biāo)志著x86架構(gòu)和IBM PC 兼容電腦的產(chǎn)生。 發(fā)布的時候，8086的時鐘頻率有4.77，8和10MHz 三個版本，包括了具有300個操作的指令集。其中8MHz 版本包含了大約28,000個 晶體管，具備0.8 MIPs 的能力。
當(dāng)Bill Gates嶄露頭角時，昔日校友正在哈佛上二年級
“讓每個家庭每張桌子上都放一臺電腦?！?/font> 1979年6月1日，Intel推出4.77MHz的準(zhǔn)16位微處理器8088,它是8086的廉價版本,價格為大眾所接受。在性能方面，它在內(nèi)部以16位運行，但支持8位數(shù)據(jù)總線，采用現(xiàn)有的8位設(shè)備控制芯片，包含29000個3微米技術(shù)的晶體管，可訪問1MB內(nèi)存地址，速度為0.33MIPS。
Intel 8088電路 同年9月，Motorola推出M68000 16位微處理器，它因采用了68000個晶體管而得名。該處理器主要供應(yīng)Apple公司的Macintosh 和Atari 的ST系列電腦上。后繼版本的處理器，包括68020則被使用在Macintosh II 機型。
Microsoft的秘密交易 1980年10月，Microsoft把握了一次絕佳的發(fā)展機遇。IBM在秘密進(jìn)行代號為“跳棋計劃”的開發(fā)項目（第一臺IBM PC）過程中，向Microsoft提出采購一套操作系統(tǒng)。Paul Allen抓住機會與Seattle Computer Products的Tim Patterson簽約，向其支付了不到10萬美元，獲得了其DOS操作系統(tǒng)的版權(quán)并進(jìn)行了一些修改，從而做成了與這個神秘客戶（IBM）的大買賣。 今天的Windows系列操作系統(tǒng)仍然兼容DOS，這個系統(tǒng)對于老一代電腦用戶來說再熟悉不過了。
IBM PC創(chuàng)造歷史 早在1980年7月，一個負(fù)責(zé)“跳棋計劃”的13人小組秘密來到佛羅里達(dá)州波克羅頓鎮(zhèn)的IBM研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來被稱為IBM PC的產(chǎn)品。一年后的8月12日，IBM公司在紐約宣布第一臺IBM PC誕生，這個開創(chuàng)計算機歷史新篇章的時刻，迄今正好25年。 第一臺IBM PC采用了主頻為4.77MHz的Intel 8088，操作系統(tǒng)是Microsoft提供的MS-DOS。IBM將其命名為“個人電腦（Personal Computer）”，不久“個人電腦”的縮寫“PC”成為所有個人電腦的代名詞。IBM原來預(yù)計在一年中售出241683臺PC，然而用戶的需求被大大低估了，實際上一個月的訂貨量就超出了預(yù)計。
1981年：80186和80188發(fā)布。這兩款微處理器內(nèi)部均以16位工作,在外部輸入輸出上80186采用16位,而80188和8088一樣均是采用8位工作。這是一顆性能介于8088,80286之間的的CPU。但事實上80186從來都沒有在PC中應(yīng)用,它僅僅存在于一個小范圍的圈子中,作為一個小型的控制器出現(xiàn),哪怕是今天。從這個時候起,AMD公司已經(jīng)開始生產(chǎn)80186 CPU了。
1982年2月1日：在80186發(fā)布后的幾周，80286就發(fā)布了。80286處理器集成了大約13.4萬個晶體管,最大主頻為20MHz,采用16位資料總線和24位位址總線。與8086相比，80186/80188增強了部分軟硬件功能 80286增加了實存(24位地址)和虛擬存儲器管理,可以在兩種不同的模式下工作,一種叫實模式,另一種叫保護(hù)方式。80286開始正式采用一種被稱為PGA的正方形包裝。
Intel 80386 1985年10月，Intel推出16MHz 80386DX微處理器(最高33MHz 主頻)，可以直接訪問4G字節(jié)的內(nèi)存,并具有異常處理機制;虛擬86模式可以同時模擬多個8086處理器來加強多任務(wù)處理能力。 80386的廣泛應(yīng)用,將PC機從16位時代帶入了32位時代。此外它還具有比80286更多的指令集。發(fā)布時，80386的最快速版本的主頻為20MHz，具備6.0 MIPs ，包含275,000個晶體管。 當(dāng)時，IBM已經(jīng)收到大量286機器的訂單，不愿立即轉(zhuǎn)向386，同時IBM擔(dān)心長期受制于Intel芯片，開始暗中開發(fā)自己的處理器，所以對是否采用386芯片不置可否。Compaq乘機而上，推出386芯片的電腦，迅速占領(lǐng)了市場。 1988年6月16日：80386SX 發(fā)布，它是80386DX的廉價版本，只有16-bit總線寬度。 希的記憶：曾有過第一次親密接觸希的記憶：我們曾有過第一次親密接觸 前面的處理器我們都積少接觸，接下來的，也許大家就比較清楚了，因為我們第一次接觸的，就是此類處理器。
Intel 486 CPU更新速度加快，造就了越來越多的兼容機廠商。 1989年4月，Intel推出25MHz 486微處理器。1989年5月10日：我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由英特爾推出。這款經(jīng)過四年開發(fā)和3億美 元資金投入的芯片的偉大之處在于它首次實破了100萬個晶體管的界限,集成了120萬個 晶體管,使用1微米的制造工藝。其實486就是80386+80387協(xié)處理器+8KB一級緩存,是超級版本的386。 Compaq由于持有大量386訂單而對采用Intel 486猶豫不決，Dell趁機推出了自己的486整機，并通過直銷模式在兼容機市場后來居上。1991年，25歲的Michael Dell成為《財富》全美500家大企業(yè)中最年輕的總裁。1995年，Dell進(jìn)入全球個人電腦5強行列。 1991年5月22日：80486 DX 的廉價版本80486 SX 發(fā)布，它和DX的區(qū)別是沒有整合FPU。
Pentium浮出水面 1993年3月22日：全面超越486的新一代586 CPU問世，為了擺脫486時代微處理器名稱混亂的困擾，英特爾公司把自己的新一代產(chǎn)品命名為Pentium(奔騰)以區(qū)別AMD和Cyrix的產(chǎn)品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86微處理器來對付芯片巨人，但是由于奔騰微處理器的性能最佳，英特爾逐漸占據(jù)了大部分市場。Pentum 處理器的性能接近主要的RISC CPU并兼容80x86，同時繼承了長期積累下來的價值約500億美元的龐大軟件資源。
Pentium最初級的CPU是Pentium 60和Pentium 66，分別工作在與系統(tǒng)總線頻率相同的60MHz和66MHz兩種頻率下，沒有我們現(xiàn)在所說的倍頻設(shè)置。
Pentium Pro Intel推出Pentium Pro微處理器，采用了一種新的總線接口Socket 8。新的處理器對多媒體功能提供了很好的支持。 1995年11月1日，Intel推出了Pentium Pro處理器。Pentium Pro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種，都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。它是基于Pentium 完全相同的指令集和兼容性，達(dá)到了440 MIPs 的處理能力和5.5 M個晶體管。這幾乎相當(dāng)于比4004處理器的晶體管提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro采用了“PPGA” 封裝技術(shù)。即一個256KB的二級緩存芯片與Pentium Pro芯片封裝在一起 ，兩個芯片之間用高頻寬的內(nèi)部總線互連，處理器與高速緩存的連接線路也被安置在該封裝中，這樣就使高速緩存能更容易地運行在更高的頻率上。 例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是運行在200MHz，也就是工作在與處理器相同的頻率上，這在當(dāng)時可以算得上是CPU技術(shù)的一個創(chuàng)新。Pentium Pro的推出，為以后Intel推出PⅡ奠定了基礎(chǔ)。
Intel Pentium MMX 1997年1月8日：Intel在1996年推出的Pentium 系列的改進(jìn)版本，內(nèi)部代號P55C，也就是我們平常所說的Pentium MMX 。Pentium MMX在原Pentium的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大的改進(jìn)，增加了片內(nèi)16KB數(shù)據(jù)緩存和16KB指令緩存，4路寫緩存以及從Pentium Pro、Cyrix而來的分支預(yù)測單元和返回堆棧技術(shù)，特別是新增加的57條MMX多媒體指令。 MMX技術(shù)是Intel最新發(fā)明的一項多媒體增強指令集技術(shù)，它的英文全稱可以翻譯成“多媒體擴展指令集”。使得Pentium MMX即使在運行非MMX優(yōu)化的程序時也比同主頻的Pentium CPU要快的多。57條MMX指令專門用來處理音頻、視頻等數(shù)據(jù)，這些指令可以大大縮短CPU在處理多媒體數(shù)據(jù)時的等待時間，使CPU擁有更強大的數(shù)據(jù)處理能力。MMX CPU比普通CPU在運行含有MMX指令的程序時，處理多媒體的能力提高了60％左右。MMX技術(shù)開創(chuàng)了CPU開發(fā)的新紀(jì)元。 Pentium MMX系列的頻率只有三種：166MHz、200MHz、233MHz，一級緩存從Pentium的16KB增加到了32KB，核心電壓2.8v，倍頻分別為2.5、3、3.5。插槽都是Socket 7。
與此同時，作為Intel的主要競爭對手，AMD也發(fā)布了AMD-K6-MMX 處理器，包含相近的指令集，從而導(dǎo)致了一連串的法律糾紛。
1997年4月7日 。英特爾發(fā)布了Pentium II處理器。內(nèi)部集成了750萬個晶體管，并整合了MMX指令集技術(shù)。此時，英特爾 Pentium II架構(gòu)已經(jīng)從Socket 7轉(zhuǎn)成Slot 1，并首次引入了S.E.C封裝(Single Edge Contact)技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。Slot 1的Pentium II晶體管數(shù)為900萬，并且具有兩種版本的核心：Klamath與Deschutes。
同時代競爭的是AMD的K6II，這時候的口碑也相當(dāng)不錯
一起走過的日子：淘汰的記憶一起走過的日子：淘汰的記憶 以下部分處理器是我們曾經(jīng)用過的，最后卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋進(jìn)了淘汰的行列，對于有兩臺甚至多臺電腦的朋友來說，印象尤其深刻。因為電腦和電視不同，它的特點是需要我們不斷地更新、升級。 當(dāng)然，目前仍有部分用戶還在使用這些產(chǎn)品。
Intel向網(wǎng)絡(luò)看齊 ，發(fā)布Pentium III 1999年1月，Intel推出奔騰III處理器，它采用0.25微米制造工藝，擁有32K一級緩存和512K二級緩存（運行在芯片核心速度的一半下），包含MMX指令和Intel自己的“ 3D”指令SSE，最初發(fā)行的PIII有450和500MHz兩種規(guī)格，其系統(tǒng)總線頻率為100MHz。此外其身份代碼還可通過Internet讀取。
Intel的主要對手之一AMD加緊跟進(jìn)的步伐，于同年8月發(fā)布Athlon處理器。10月，在微處理器論壇會議上，Intel宣布了代號為麥賽德（Merced）的處理器的正式名稱Itanium（安騰）。 1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工藝制造的Pentium III處理器，這款Pentium III處理器有256K在二級高速緩存，代碼名為Coppermine。Coppermine以733MHz登臺。隨著工藝尺寸從0.25微米減少到0.18微米，不僅提高了Pentium III處理器的時鐘速度，也使的Intel在技術(shù)上能夠推出了集成的二級高速緩存。雖然集成的二級高速緩存只有老式Pentium III處理器的一半，但在處理器全速下運行，性能仍有顯著提高。 其后Intel推出了Pentium III Xeon處理器。作為Pentium II Xeon的后繼者，除了在內(nèi)核架構(gòu)上采納全新設(shè)計以外，也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集，以更好執(zhí)行多媒體、流媒體應(yīng)用軟件。除了面對企業(yè)級的市場以外，Pentium III Xeon加強了電子商務(wù)應(yīng)用與高階商務(wù)計算的能力。Intel還將Xeon分為兩個部分，低端Xeon和高端Xeon。其中，低端Xeon和普通的Coppermine一樣，僅裝備256KB二級緩存，并且不支持多處理器。這樣低端Xeon和普通的Pentium III的性能差距很小，價格也相差不多；而高端Xeon還是具有以前的特征，支持更大的緩存和多處理器。
Intel和AMD熾手可熱的花旦:接下來為大家介紹的就是目前熾手可熱的處理器,Intel 的Pentium IV 和AMD Athlon64 。雖然按照發(fā)布時間來說，Athlon64 要比Pentium IV 遲一個時代（Pentium IV 發(fā)布時間是2000年11月，而Athlon64 則是2003年9月），但Pentium IV 經(jīng)過了幾年的的換芯，性能也獲得了顯著提升。 此外在Intel和AMD 的發(fā)展版圖上來說，它們是競爭對手，而且現(xiàn)在都加入了64-bit和雙核等等技術(shù)特性，以下對它們進(jìn)行比較詳細(xì)的解釋。 1、Pentimu 4技術(shù)解釋 2000年11月21日，Intel 在全球同步發(fā)布了其最新一代的微處理器—Pentium4（奔騰4）。Pentium4處理器原始代號為 Willamette，采用0.18微米鋁導(dǎo)線工藝，配合低溫半導(dǎo)體介質(zhì)（Low-Kdiclcctric）技術(shù)制成，是一顆具有超級深層次管線化架構(gòu)的處理器。 Pentium 4處理器最主要的特點就是拋棄了Intel沿用了多年的P6結(jié)構(gòu)，采用了新的 NetBurst CPU結(jié)構(gòu) 。NetBurst結(jié)構(gòu)具有不少明顯的優(yōu)點：20段的超級流水線、高效的亂序執(zhí)行功能、2倍速的ALU、新型的片上緩存、SSE2指令擴展集和400MHz的前端總線等等
英特爾近來在前端系統(tǒng)總線（FSB）方面一直不敵AMD：Pentium Ⅲ最高為133MHz的FSB和內(nèi)存頻率（外頻）；而AMD雷鳥用的 是100MHz的內(nèi)存頻率（外頻）和266MHz的FSB（類似于CPU倍頻的方式來連接這兩個頻率）。 Pentium 4終于有了突破：雖然 Pentium 4 系統(tǒng)總線僅為 100Mhz，并且也是 64位數(shù)據(jù)寬度，但由于利用與 APG4X 相同的原理“四倍泵速”，因此可傳輸高達(dá) 8 位 * 100 百萬次/秒 * 4 = 3,200 MB/秒 的數(shù)據(jù)傳輸速度。明顯地遠(yuǎn)超過 AMD 最近公布的Athlon 總線數(shù)據(jù)傳輸速度。 Athlon 總線速度為133Mhz，64位、2倍速，提供 8 位 * 133 百萬次/秒 * 2 = 2,133 MB/秒的數(shù)據(jù)傳輸率。 這項特色使得 Pentium 4 傳輸數(shù)據(jù)到系統(tǒng)的其它部分比目前所有的 x86 處理器還快，也一并去除了 Pentium III 系統(tǒng)所遭受的瓶頸限制。 不過，如果主存儲器無法提供相對數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，這么快的處理器總線速度也是英雄無用武之地。因此，早期此處理器的芯片組 850 就搭配了兩條Rambus 信道并使用昂貴的 RDRAM 內(nèi)存。這兩個 RDRAM 信道能提供與 Pentium 4 系統(tǒng)總線(3,200MB/s)相同的數(shù)據(jù)頻寬，這樣的搭配將是理論上最完美的結(jié)合─提供處理器、系統(tǒng)與主存儲器間最高的數(shù)據(jù)傳輸率，這也是最明顯的優(yōu)勢之一。不過系統(tǒng)的整體系統(tǒng)的成本將會因為使用較昂貴的 RDRAM 而提高。
為了增加8KB的數(shù)據(jù)緩存，P4包含了一個執(zhí)行跟蹤緩存，可存儲12K的微指令以幫助程序執(zhí)行。這些指令不在主程序循環(huán)中執(zhí)行，不被存儲，從而大大提高了系統(tǒng)性能。
算術(shù)邏輯單元（ALU）以雙倍的時鐘速度運行，這讓類似于加、減、邏輯與、邏輯或等基本運算的執(zhí)行只用了1/2時鐘。例如，1.5GHz的快速執(zhí)行引擎其實是以3GHz在運算。
高級動態(tài)執(zhí)行是控制CPU執(zhí)行順序的動態(tài)單元。P4可以發(fā)出126條動態(tài)指令，使流水線完成48次載入和24次存儲。與前一代的PⅢ處理器相比，它能夠增加33%的預(yù)處理速度，還可以在緩存中存儲更多的歷史信息從而快速取出。
P4的128位運算動態(tài)增加了運算單元，使得浮點數(shù)運算和多媒體表現(xiàn)都得到了較大的改進(jìn)。
通過增加的144條新指令，SSE2具有更強多媒體增強指令和數(shù)據(jù)流單指令。這些特性包括一個128位單指令多數(shù)據(jù)整數(shù)運算和128位單指令多數(shù)據(jù)雙精度浮點指令，這些指令減少了原有的指令執(zhí)行數(shù)量，大大增加了執(zhí)行速度。使得用戶的視頻、音頻、圖象處理、加密、財政、工程和科學(xué)應(yīng)用都極大增強。SSE2可以提高多媒體的執(zhí)行效率，特別是DVD/MP3/MPEG4的回放，可以最大效果地體現(xiàn)P4新指令集的威力。 總結(jié)：在理論上，Pentium IV是完美無缺，可是實際狀況卻遠(yuǎn)非Intel想象的那么簡單。第一代Pentium IV 可以說是Intel 近幾年內(nèi)的最大失敗。 首先是P4耗電驚人，所以P4系統(tǒng)使用的主板被設(shè)計為電源的12V電壓（ATX12），通過一個4腳的插座和3.3V、5V一起供給主板，另外還在20針電源接口的旁邊另加了一個6針的輔助電源接口。 最致命的硬傷還是Willamette核心屬于Pentium 4最早期的產(chǎn)品，因此它的發(fā)熱量很大、頻率提升困難，只有1.7GHz和1.8GHz兩個版本。而且它的二級緩存只有256KB，超深的處理流水線使得總體性能并不理想，特別是對于超頻用戶來說，這類產(chǎn)品難以讓人感到滿意 。 因此Intel很快就開發(fā)出了Northwood核心的產(chǎn)品，以滿足消費者的需求。Northwood核心的Pentium 4采用0.13微米工藝制造，相比Willamette內(nèi)核的處理器，其主頻有了很大飛躍，二級緩存也從256K翻番到512KB。而Prescott核心的Pentium 4采用了另人咋舌的31級流水線設(shè)計，配備16KB的一級數(shù)據(jù)緩存和多達(dá)1MB的二級緩存。 接著是雙核心的Intel Pentium 840EE 發(fā)布，此時Intel Pentium IV 核心已經(jīng)發(fā)展到了顛峰。 2、Athlon64 技術(shù)解釋
2003年美國時間 9 月 23 日，全球第一款桌面系統(tǒng) 64bit 處理器在美國正式發(fā)布。幾經(jīng)波折， Athlon 64 終于在人們期待的目光中揭開了神秘面紗。Athlon 64 的誕生對于桌面處理器領(lǐng)域具有劃時代的意義。對于 AMD 來說，這更是具有戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵一步。AMD——終于打破了最近時期的不利局面——按照原定布局領(lǐng)先對手步入了 64bit 時代。跳開對手在架構(gòu)和制造工藝等方面的追擊，另辟戰(zhàn)場利用 Athlon 64 再度出擊。 Athlon64 的發(fā)布，使得桌面電腦可以迅速邁入64-bit 時代，目前操作系統(tǒng)、軟件都已經(jīng)逐漸成熟。AMD 正在迎來豐收時期?！?/font> 發(fā)布之初，Athlon64的產(chǎn)品線劃分非常明確，一為采用Socket940接口，面向頂級桌面用戶的Athlon64 FX系列；另一個就是面向主流用戶，采用Socket754接口的Athlon64系列。但是，隨著時間的推移和競爭對手的不斷變化，Athlon64處理器家族也漸漸龐大了起來。到如今，Athlon64家族已經(jīng)演變成為了一個擁有4種核心、3種接口、2種制程、近20款產(chǎn)品的復(fù)雜體系。 它的主要技術(shù)特點如下：
這是Athlon64與傳統(tǒng)32位處理器的最大區(qū)別所在。在Athlon64和Athlon64 FX處理器中，AMD加入了一個被稱為x86-64的指令集，正是這個指令集賦予了Athlon64系列處理器64位的計算能力。同時，AMD清醒地認(rèn)識到，64位應(yīng)用目前還遠(yuǎn)未成為主流，所以，它并沒有將Athlon64/FX設(shè)計成一款僅支持64位計算的處理器，而是在支持64位代碼的基礎(chǔ)上提供了對32位和16位代碼的良好兼容。正是這樣的設(shè)計使得Athlon64/FX在執(zhí)行32位代碼時不必重新進(jìn)行編譯，從而避免了效率低下所導(dǎo)致的性能損失?？傮w來說，Athlon64/FX既為我們提供了64位計算能力，又完全兼容目前的32位甚至16位應(yīng)用，是一款全能型處理器。 2．超過4GB的內(nèi)存尋址能力 除了64位計算能力，x86-64指令集還使Athlon64系列處理器擁有了64位的地址空間和64位的數(shù)據(jù)空間，換句話說就是x86-64指令集使Athlon64/FX可以支持4GB以上的內(nèi)存（64位處理器理論上支持2的64次方尋址空間，可支持上億GB的內(nèi)存），而傳統(tǒng)的32位處理器最高僅支持4GB內(nèi)存。更大容量的內(nèi)存支持能力使Athlon64/FX在諸如大型數(shù)據(jù)庫、CAD/CAM建模以及對系統(tǒng)要求越來越BT的3D游戲等高端應(yīng)用中有著不可比擬的優(yōu)勢。 3．處理器內(nèi)部集成內(nèi)存控制器 這也是Athlon64系列的獨門絕技之一。與傳統(tǒng)的處理器把內(nèi)存控制器放在芯片組相比，處理器把內(nèi)存控制器內(nèi)置可以極大地降低數(shù)據(jù)收發(fā)延遲、縮短讀寫請求的反應(yīng)時間，處理器的性能將因此獲得可觀的提升。除此之外，處理器內(nèi)部集成內(nèi)存控制器還可以簡化北橋芯片的結(jié)構(gòu)，目前，一些芯片組廠商已經(jīng)成功設(shè)計出了單芯片的Athlon64主板產(chǎn)品。 4．HyperTransport總線 在Athlon64處理器架構(gòu)中，HyperTransport總線負(fù)責(zé)的是處理器與北橋芯片間的數(shù)據(jù)傳輸，它的帶寬直接影響了系統(tǒng)的整體性能。目前，Athlon64的HyperTransport總線共有兩種頻率：800MHz和1GHz，它們均采用了與DDR內(nèi)存相同的Dual Pump技術(shù)，在一個時鐘周期內(nèi)可以傳輸兩次數(shù)據(jù)，其上下行位寬為相同的16bit，所以，800MHz HyperTransport總線的數(shù)據(jù)帶寬為6.4GB/s，而1GHz HyperTransport總線的數(shù)據(jù)帶寬則達(dá)到了驚人的8GB/s。 5．Execution Protection防病毒技術(shù) Execution Protection技術(shù)是AMD公司應(yīng)用在Athlon64中的又一項新技術(shù)，這項技術(shù)可以防止病毒的緩沖區(qū)溢出攻擊（指病毒使CPU因緩沖區(qū)溢出而執(zhí)行惡意代碼的攻擊技術(shù)）。應(yīng)用這項技術(shù)后，CPU緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)將會只讀而不能執(zhí)行，可以有效地防止惡意代碼的執(zhí)行。目前，這項技術(shù)已經(jīng)被封裝在了Athlon64系列CPU中，不過還需要Windows XP Service Pack 2的支持方能發(fā)揮作用。 總結(jié)：64-bit、雙核和其它總結(jié)：64-bit、雙核和其它 算一下微處理器的發(fā)展史也不過30余年，但在這30余年里微處理器的發(fā)展歷程卻是天翻地覆的變化。從Intel的4004開始，到了Intel，AMD，Cyrix三足鼎立，到Intel一家獨大，再到現(xiàn)在Intel，AMD分庭抗衡。時代的進(jìn)步，科技的發(fā)展。30余年，給人帶來的回憶是太多太多。 CPU將向速度更快、64位結(jié)構(gòu)、多核心方向前進(jìn)。CPU的制作工藝將更加精細(xì)，將會由現(xiàn)在0.09微米向0.065微米過渡。到2007年時，大部分CPU廠商都將采用0.065微米工藝制造處理器。制造工藝的提高，味著體積更小，集成度更高，耗電更少。 在另一方面，由于CPU的性能已經(jīng)足夠滿足個人大多數(shù)應(yīng)用的需要，所以人們在買PC的時候，CPU已經(jīng)不再是唯一的標(biāo)準(zhǔn)。高速3D處理能力、HDTV視頻、高保真音頻、大容量硬盤已經(jīng)成為重要標(biāo)準(zhǔn)。 在未來，APU、GPU都具備相似能力的時候，CPU的作用還有如此重要嗎？ 今日必看熱文推薦（點擊文字鏈接瀏覽）： |
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來自： 夢澤赤子 > 《科學(xué)常識》
