芯跳的回忆 2000年 第43期   CPU是Central Processor Unit(中央处理器)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就是人的心脏,其重要作用由此可见一斑。CPU的发展非常迅速,就像一列不断加速的列车一样。个人电脑从 8088(XT)发展到现在的Pentium Ⅲ时代,只经过了不到20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位处理器、8位处理器、16位处理器、32位处理器以及正在酝酿构建的64位处理器,可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的,甚至可以说英特尔的发展史就是CPU的发展史。那么CPU的发展历程是怎样的呢?下面就让各位随我一起去看看吧! #1  Intel 4004   1971年,英特尔公司推出了世界上第一款处理器4004,这便是第一个用于计算机的4位处理器,它包含2300个晶体管,随后英特尔也推出了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,如果没有处理器,这些应用就无法实现。 #1  Intel 8086   由于处理器可用来完成较老和较大设备的计算任务,价格又便宜,于是各半导体公司竞相生产处理器芯片。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。1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位数据同时工作的处理器。很快Zilog公司和摩托罗拉公司也宣布计划生产Z8000和68000。这就是第三代处理器的起点。(^43030501a^)   8086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,但在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。由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们对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位工作,所以都称为16位处理器,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,处理器集成了大约29000个晶体管。最初8086芯片的生产厂商包括英特尔、日本富士通等。   8086和8088问世后不久,英特尔公司就开始对他们进行改进,他们将许多功能集成在一块芯片上,这样就诞生了80186和80188。这两款处理器内部均以16位工作,在外部输入输出上80186采用16位,而80188和8088一样均是采用8位工作。从这个时候起,AMD公司已经开始生产80186 CPU了。(^43030501b^)   1981年8088芯片首次用于IBM PC机中,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。8086芯片当时主要用于IBM PS/2 25型和30型的微机中,有些PC机的厂商为了增强机器的处理性能在其生产的计算机中也采用了8086芯片。   IBM PC/XT微机的主板采用的总线分为三层,第一层为CPU总线AD7~0,它联接CPU;第二层为系统总线D7~0;第三层有存贮总线MD7~0和扩充总线CD7~0,其中存贮器总线连接存贮器,扩充总线连接主板上所有输入输出设备和只读存贮器EPROM。CPU焊接在主板上,不能像现在这样可以对CPU进行升级。   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。 #1  Intel 80286   1982年,英特尔公司在8086的基础上,研制出了80286处理器,该处理器的最大速度为20MHz,内、外部均采用16位工作,使用24位实现内存储器的寻址,内存寻址能力为16MB。80286可工作于两种方式,一种叫实模式(相当于与MS DOS兼容,具有8086与8088芯片的限制),另一种叫保护方式 (增加了微处理器的功能)。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等不受保护的处理器那样在遇到异常应用时会使系统遭到停机。IBM公司将80286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:(^43030501c^)   1.支持更大的内存,达到了当时前所未有的16MB。   2.能够模拟内存空间。这使得处理器可以使用外存储设备模拟的大量存储空间,它能利用外存模拟多达1兆字节的虚拟存储器,这样就大大扩展了80286所能胜任的工作范围。   3.能同时运行多个任务。多任务是通过多任务硬件机构使处理器在各种任务间来回快速切换。   4.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,这确实意味着性能上有了重大的进步。   不幸的是,尽管80286有不少先进的特性,但几乎没有多少用户使用它。这是因为大部分人都用DOS操作系统,而DOS系统是以8088体系为基础的,在大部分应用中,286微机只是以前微机的一种较快速度的改进版本。   80286的封装是一块被称为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。   由于当时几乎没有DIY这个概念,因此那时的原装机仅指IBM PC机,而兼容机就是除了IBM PC以外的其它机器了。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,不过当时一台286进口微机的售价达到一万元至一万五千元,不要说进入家庭,就是在很多单位都不能见到。这个时期,国内销量最大的进口微机是AST公司生产的286,它配置了一个CGA彩色显示器,一个20MB至40MB的硬盘,两个5.25英寸1.2MB的软驱;国产机以长城和浪潮最为出名,配置与AST286差不多。 #1  Intel 80386DX   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。但它的8088/8086和80286芯片还没有占到压倒性的优势——尽管这些芯片非常成功。像Zilog公司和摩托罗拉公司,凭借着自己毫不逊色甚至稍高一筹的芯片产品,成为英特尔公司的强有力竞争者。而蓝色巨人IBM正在秘密研究自己的CPU——286,AMD公司也开始涉足到CUP制造领域,他们将正在开发的第一块芯片称为386。而这个时候,英特尔公司的主营业务还不是CPU,而是存储器,如要耗费大量资源来开发32位架构的CPU,就显得力不从心。(^43030501d^)   但英特尔还是决心全力开发32位核心的CPU——80386,而逐渐放弃存储器业务,因为英特尔高层看好CPU市场的发展前景。Intel给80386设计了三个技术要点:使用“类286”结构,开发80387协处理器增强浮点运算能力,开发配套高速缓存解决内存速度瓶颈。   1985年10月17日,英特尔的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处理器来提供多任务能力。80386DX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是指80386DX。   由于32位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。   同时,80386采用“类286”总线结构,这样就可以保持软硬件的兼容性,可以利用现有技术和配件,降低整机的开发和制造成本。另外,80386有三种工作模式,适应的操作系统比较多,而且对现有的程序兼容性比较好。多任务处理一贯是大中型机的专利,但80386将多任务性能引入,在80386中有个用任务寄存器,用任务寄存器来管理任务的内存段,从而实现任务的切换。多任务使80386以一种广泛的适应性和一种重要的工具进入了各行各业。   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AutoCAD等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。本来最初的设计,80386将内置L1 Cache,但由于工艺、成本、工期等等方面的限制,80386最后并没有内置L1 Cache,而是将专门开发的L1 Cache芯片放置在CPU之外的主板上,但从此以后,Cache就和CPU成为了如影随形的东西。另外,80386的内存管理非常先进,有页式、段式、段页式三种管理方式,可以管理巨大的内存空间,从而为应用程序提供足够的舞台。 #1  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。而80386则是一块可以独立运行的CPU。但用户可以选择80386是否搭配80387以增强系统的浮点运算性能。80387随着80386DX一起发布,很多80386DX的主板上,有一个80387插槽,插上80387,系统可以自动检测80387协处理器,然后将浮点运算交给它。由于英特尔使用80387协处理器为需要的用户增强80386的运算性能,而一般注重成本的用户则可不用昂贵的80387协处理器,而直接用80386来软件模拟硬件浮点运算。另外,还有一种80287协处理器芯片,也支持80386,但使用的插座和80387不尽相同,二者不能混用。(^43030501e^) #1  Intel 80386SX   1989年英特尔公司又推出准32位处理器芯片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,与80386相同,外部数据总线为16位。也就是说,80386SX仍然可以使用32位、16位、8位编程,其内部处理速度与80386DX接近,也支持真正的多任务操作,而它又可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片,降低整机成本。80386SX和80386DX的关系,就好像早期的8088和8086的关系,在输入输出的位长上的区别,其“S”就表示单(16位数据总线),“D”就表示双(32位数据总线)。80386SX使用的协处理器是80387SX。   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。真正是推进了个人电脑的发展。 #1  Intel 80386SL/80386DL   英特尔在1990年还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。 #1  Motorola 68000   摩托罗拉的68000是最早推出的32位微处理器,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。 #1  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。 #1  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。   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就在于它实破了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数学协处理器的80386 DX提高了4倍。早期的486分为有协处理器的486 DX和无协处理器的486 SX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2~3倍,486 DX2、486 DX4的名字便是由此而来。随后,我们还看到了很多486的型号,不过通常486 CPU一般具有以下的特点:   1.486 CPU是32位微处理器,最大寻址范围是4096MB。   2.486 CPU可以在一个时钟周期内执行一条指令,而386执行一条指令至少需要两个时钟周期。也就是说,在主频相同的条件下,486 CPU比386 CPU快一倍。   3.486 CPU内部带有8KB的内置超高速缓冲存储器(即L1)。由于内置超高速缓冲存储器的读写速度比外置的高速缓冲存储器快,这正是486比386快的原因之一。   4.486 CPU支持VESA和PCI局部总线,而386仅支持8位或16位的ISA总线,而VESA和PCI局部总线的速度要快得多。   5.486 SX不含浮点协处理器。   6.正四方形,每边3排,共168只插脚。 #1 80486 DX   常见的80486 CPU有80486 DX-33、80486 DX-40、80486 DX-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。 #1 Intel 80486 SX   因为80486 DX CPU具有内置的浮点协处理器,功能强大,当然价格也就比较昂贵。在推出的时候不是一般用户可以负担的,为了适应普通的用户,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,这种CPU是将80386DX与8KB Cache(高速缓存)组合在一个芯片里的,没有浮点协处理器。80486 SX主板上一般都有80487协处理器插座,如果需要浮点协处理器的功能,可以插上一个80487协处理器芯片,这样就等同于486 DX了,也就是说,486 SX实际上就是486 DX,只是比486 DX多了一个插脚,共有169只插脚。在主板上插了80487以后,原来的486 SX就停止起作用了,80487接管了整个CPU的工作。常见的80486 SX CPU有:80486 SX-25、80486 SX-33。(^43030501f^) #1 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。由此可知,如果主板使用的是80486 DX-33的,只要更换一个80486 DX2-66的CPU就可以达到升级的目的了,大大加快了电脑的运行速度。常见的80486 DX2 CPU有:80486 DX2-50、80486 DX2-66、80486 DX2-80。也就是说,80486 DX4 CPU的内部频率是主板频率的4倍,如80486 DX4-100,其内部频率是100MHz,因为是4倍的关系,因而主板的频率只要是25MHz就可以了。而80486 DX2 CPU有8KB的Cache,而80486 DX4则有16KB的Cache。常见的80486 DX4 CPU有80486 DX4-75、80486 DX4-100。同期AMD与Cyrix都及时推出了相同主频的产品。(^43030501g^) #1 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。 #1 Intel 486 OverDrive   升级486 SX可以在主板的协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。486OverDrive CPU也有浮点协处理器的功能,常见的有:486 OverDrive-50、486 OverDrive-66、486 OverDrive-80。(^43030501h^) #1 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。 #1 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。其实,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。(^43030501i^) #1 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。主频标识也变为5x86 PR120,它的自标是针对英特尔推出的Pentium75,但5x86可以说是一款失败的产品。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,因此我们一般将它看成是过渡产品。其间由于Cyrix CPU为IBM代工生产,所以从486起在市场上同时出现了与它核心相同的IBM CPU,这种情形一直持续到Cyrix的MⅡ为止。(^43030501j^) #1 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5x86-133。它采用了一体的16K回写Cache,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。(^43030501k^) #1 Intel Pentium   1993年,全面超越486的新一代586 CPU问世,为了摆脱486时代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处理器来对付芯片巨人,但是由于奔腾处理器的性能最佳,英特尔逐渐占据了大部分市场。(^43030501l^)   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。令英特尔最为尴尬的是最初Pentium 60和Pentium 66的一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,英特尔还因此回收了大批CPU。当时的混乱情况比今天的奔腾Ⅲ 1.13GHz回收有过之而无不及。   Pentium级别的CPU也有自己的代号,以区别不同的工艺的CPU。有以下这几种型号(注意:586级CPU在CPU的工作频率中,前一数字为内部频率,后一数字为总线频率):   1.P5(这是Pentium家族的第一代产品),它们的工作频率分别为50/50MHz(工程样品),60/60MHz和66/66 MHz。   2.P54C,该型号的CPU不需进行电压调节,但CPU有两种电压,在CPU针脚的那面能够看到“SXXXX/VMU”之类的标记,斜杠后的V代表VRE,如果是S就代表S规格,并可以支持两个处理器同时使用。它们的工作频率分别为:75/50MHz、90/60MHz、100/50MHz、100/66MHz、120/60MHz、133/66MHz、150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。   3.P54CM,这是升级版的CPU。   4.P54CQS,这类CPU不须进行电压调节,可以两个处理器同时使用。它们的工作频率:75/50MHz,100/66MHz,120/60MHz,133/66MHz,166/66MHz,200/66MHz。   5.P54LM,这是给笔记本电脑使用的CPU,电压2.9V,支持电压调节,没有APIC,可以两个处理器同时使用,工作频率为:75/50MHz,120/60MHz,133/66MHz,150/60MHz   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。由于经典奔腾采用的是单电压供电,从这方面来看,Pentium系列CPU的可升级性一般。 #1 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。(^43030501m^)   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。多能奔腾提供了MMX支持,拥有更大的片内一级高速缓存——从16KB增加到32KB,并做了一些结构上的小调整。这些改进使CPU在PC World Bench标准测试中普遍获得了高分,需要说明一点的是,这些测试都不是专门用来测试MMX的。   从多能奔腾开始,英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了,对于喜欢超频的玩家来说这不是一个好消息,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。超频这个词语真正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,至今仍占据着许多朋友的机子。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。 #1 IntelPentium 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。(^43030501n^)   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。 #1 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,这个不成功的产品使得AMD一度陷入非常被动的局面——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。(^43030501o^)   AMD的K5有着16KB数据Cache,8KB指令Cache,64位数据总线,296针 SPGA封装。K5有多种形号,如:AMD-K5-PR100ABQ,其中的B就是电压代码。各种CPU的电压是不同的,B(内部3.3V,外部3.5V),C(内部3.3V,外部3.5V),F(内部3.3V,外部3.5V),J(内部2.7V,外部3.3V),K(内部2.5V,外部3.3V),H(内部2.9V,外部3.3V)   K5有这样几种工作频率:K5-PR75(75MHz),PR83(83MHz),90(90MHz),100SSA/5(100MHz),100(75MHz),120(90MHz),133(100 MHz),150(105MHz),166(117MHz),200(133MHz),括号外为PR指数,括号内为真实频率。   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。 #1 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整整多了一倍),整体性能要优于奔腾MMX,接近同主频PⅡ的水平。K6使用3.2V电压,平时的工作温度70℃左右,发热量实在太大,难有超频余地,最大优点是高性能低价格。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FP(浮点指令)的应用程序方面,比起同样频率的Pentium MMX,甚至没有MMX的奔腾都要差许多,这样就使K6在某些3D游戏方面的表现远不如英特尔的出色了。(^43030501p^)   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。   K6系列CPU一共有五种频率,分别是:166/200/233/266/300MHz,五种型号都采用了66外频,但是后来推出的233/266/300MHz已经可以通MHz过升级主板的BIOS而支持100外频,是CPU的性能得到了一个飞跃。在倍频方面,K6系列是从2.5~4.5不等,核心电压则是有2.9、3.2几种,特别值得一提的是它们的一级Cache都提高到了64KB,比MMX足足多了一倍,这也是K6的整数性能为什么要比MMX好的缘故了。 #1 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兼容的处理器。Cyrix 6x86采用PR等级来标记CPU频率,Cyrix的CPU在相同真实频率下比奔腾级其它系列的CPU要快一个数量级,比如说PR-166以133MHz频率工作,性能与Pentium 166相同。6x86的发热量惊人,经常导致CPU过热死机甚至烧毁。6x86L是6x86的改进型,它与6x86的设计基本相同,二者唯一的区别是前者使用了双电压,CPU核心电压为2.9V,大大降低了CPU的发热量。使用了75MHz外频,这样使得6x86L整数性能是同频率CPU中最快的。浮点运算能力差是Cyrix的老毛病,一颗6x86L PR166+的浮点性能仅相当于Pentium 90的水平,不适合玩3D游戏。此外,6x86和6x86L还存在一些不兼容的问题,部分应用软件在这两种CPU上需要特殊的补丁才能正常运行。(^43030501q^)   6x86拥有16KB回写Cache,采用64位外部数据总线,32位流水线地址总线。接口与P54C(Pentium CPU)插座兼容。   Cyrix 6x86有这样几种频率(括号外为PR指数,括号内为真实频率/外部频率):P120+(100MHz/50MHz),P133+(110/55MHz),150+(120/600MHz),166+(133/66MHz),200+(150/75MHz)。   Cyrix 6x86L有这样几种频率:P166+(133/66),P200+(150/75MHz)。   到了MMX时代,Cyrix推出了他们的MX CPU,这一档次的CPU全是采用双电压设计,频率从166MHz~233MHz,在这个频率段之间的CPU也称为M1。Cyrix的MX CPU的整数性能在当时是非常好的,但是浮点性能比同档次的Pentium要差。其MX的CPU发售的有60MHz、66MHz、75MHz的几种外频,60MHz的是测试版,66MHz和75MHz都是正式发行版,为什么有两种版本呢?这是因为当时Cyrix CPU其生产工艺还不过关,于是就把上不了75MHz的CPU标成同档次的66MHz外频的来卖。 #1 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有两种版本,一种带有3DNow!指令集,命名为WinChip 2-3D;另一种不带3DNow!指令集,其命名为WinChip 2,没有后缀3D。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处理器的性能。WinChip 2目前的最高频率CPU为WinChip 300MHz。(^43030501r^)   1999年的第一季度里面,IDT发布了新处理器WinChip 2+NB,CPU内集成了主板北桥芯片,将会加快芯片到内存的存取速度。但此种做法有几个缺点:一是必须购买新主板;二是增加了芯片的面积,只够集成64KB全速缓存到CPU中(性能与存取速度为3-1-1-1的256K二级缓存相当),毕竟,更大的一级缓存肯定比小量L1 Cache加上大量L2 Cache要好。WinChip 2+NB使用0.25微米工艺制造,芯片面积约58平方毫米。 #1 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。(^43030501s^) #1  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。同时,PentiumⅡ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。(^43030501t^)   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处理器外频不但外频提升至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(至强处理器)。该款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,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,它还有几项特别的功能——具有高能奔腾的所有特性;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(可支持四个处理器)。 #1  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最为人诟病的地方是去掉了片上的L2 Cache,此举虽然大大降低了成本,但也正因为没有二级缓存,该处理器在性能上大打折扣,其整数性能甚至不如Pentium MMX。(^43030501w^)   为弥补缺乏二级缓存的Celeron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。   新Celeron一个最大的优点是超频性能非常出色,凭借其强大的超频能力和最优的性价比曾在低价PC市场风靡一时,成为众多DIYer玩家手中的抢手货。   英特尔集成128KB二级缓存的新Celeron还有一个变形“兄弟”——采用Socket 370架构的Celeron处理器。两者唯一不同的就是接口部分,后者是采用Socket 370架构,PPGA封装形式。Socket 370架构的Celeron处理器在低端市场出尽风头,其最高主频已达到566MHz。 #1  AMD K6-2   AMD于1998年4月正式推出了K6-2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(其中32KB用于存放指令,另32KB用于存放数据),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。(^43030501y^)   实际上,K6-2也就是一个K6芯片加上支持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。 #1  Cyrix MⅡ   作为Cyrix公司独自研发的最后一款处理器,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(二级缓存位于在主板上)。(^43030501z^) #1  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,以取代在高端市场上不堪重负的PentiumⅡ。该处理器除采用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,可用于440BX主板;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(以前叫KNI)。Pentium Ⅲ的起始主频速度为450MHz。(^430305011a^)   随着AMD的K7处理器异军突起,英特尔不得不调整其高端市场战略,并于去年10月25日正式发布代号为Coppermine(铜矿)的新一代PentiumⅢ处理器,将系统前端总线提升至133MHz。Coppermine采用全新的核心设计,内置与256KB与CPU主频同步运行的二级缓存,采用0.18微米工艺制造,核心集成了2810万个晶体管。在接口形式上,基于Coppermine核心的PentiumⅢ有两种类型:一种是采用Slot 1架构、SECC2封装;一种是采用Socket 370架构和全新的FC-PGA封装。(^430305011b^)   由于制造工艺的改进,CPU的芯片面积更小,功耗也大为降低,非常适合笔记本电脑使用。另外,Coppermine采用了更先进的缓存转换架构,因此在数据传输的带宽、系统响应周期等方面都要好于Katmai,即整体性能比同频的Katmai有明显的提高。   在超频性能方面,采用0.18微米技术的Coppermine PentiumⅢ比基于Katmai核心的PentiumⅢ要好得多。   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至强处理器。除前期的PentiumⅡ Xeon500、550采用0.25微米技术外,该款处理器是采用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。 #1  Intel CeleronⅡ   为进一步巩固低端市场优势,英特尔于今年3月29日又推出了采用Coppermine核心CeleronⅡ。该款处理器同样采用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,因此尽管它的二级缓存是Duron的两倍,但与后者相比仍要稍逊一筹。在超频方面,CeleronⅡ继承了“前辈们”的一贯优良的传统,像较晚推出的Celeron 533A和566可以稳定超频到100MHz外频,其核心速度也可以达到800到850MHz。(^430305011c^) #1  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。(^430305011d^)   相对于K6-2而言,K6-Ⅲ最大的变化就是内部集成了256KB二级缓存(新赛扬只有128KB),并以CPU的主频速度运行。K6-Ⅲ的这一变化将能够更大限度发挥高主频的优势。此外,该处理器还带有64KB一级缓存(32KB用于指令,另32KB用于数据),而且在主板上还集成了以系统总线频率同步运行的三级缓存,其容量大小从512KB到2MB之间。 #1  AMD Athlon   1999年6月23日,AMD公司推出了具有重大战略意义的K7微处理器,并将其正式命名为Athlon(速龙)。K7有两种规格的产品:第一种采用0.25微米工艺制造,使用K7核心,工作电压为1.6V(其缓存以主频速度的一半运行);第二种采用0.18微米工艺制造,使用K75核心,750MHz及以上主频的产品均属此类,其最高主频达到1.0GHz(其缓存以主频速度的1/3或2/5运行);工作电压有1.7V和1.8V两种。上述两种类型的K7处理器内部都集成了2130万个晶体管,外频均为200MHz。(^430305011e^)   Athlon包含128KB的L1 Cache(是K6-2的两倍、PⅡ/PⅢ的32KB的四倍);512KB~1MB L2 Cache的片外缓存。同时,它还采用了全新的宏处理结构,拥有三个并行的x86指令译码器,可以动态推测时序,乱序执行;K7拥有一个强劲的浮点处理单元(FPU),在3DNOW!指令的帮助下会有更进一步的3D和多媒体处理能力,这个先进的FPU使K7拥有超越其他x86处理器2倍的性能!另外,K7采用了一种类似于Slot 1的全新的Slot A架构,从物理结构上两者可以互换,但后者的电器性能和前者完全不兼容。在总线方面,使用的是Digital公司的Alpha系统总线协议EV6,外频达200MHz;Athlon是AMD第一个具有SMP(对称多处理器技术)能力的桌面CPU,即使用者可以用Athlon构建双处理器甚至4处理器系统! #1  AMD Thunderbird和Duron   AMD公司在今年6月份连续推出了新款的Thunderbird(雷鸟)、Duron(毒龙)处理器,再次向英特尔Coppermine(铜矿)核心的处理器发出了强有力的挑战。(^43030501u^)   Thunderbird是AMD面向高端的Athlon系列延续产品,采用0.18微米的制造工艺,共有Slot A和Socket A两种不同的架构,但它们在设计上大致相同:均内置128KB的一级缓存和256KB的二级缓存,其二级缓存与CPU主频速度同步运行;工作电压为1.70V~1.75V,相应的功耗也比老的Athlon要小;集成3700万个晶体管,核心面积达到120平方毫米。(^43030501v^)   另外,Thunderbird处理器支持200MHz系统总线频率,提供巨大的带宽,且支持Alpha EV6总线协议,具有多重并行x86指令解码器。   Duron处理器是AMD首款基于Athlon核心改进的低端处理器,它原来的研发代号称为“Spitfire(烈火)”。Duron外频也是200MHz,内置128KB的一级缓存和64KB的全速二级缓存,它的工作电压为1.5V,因而功耗要较Thunderbird小。而且它核心面积是100平方毫米,内部集成的晶体管数量为2500万个,比K7核心的Athlon多300万个。这些特点符合了AMD面对低端市场的策略,即低成本低功耗而又高性能。在浮点性能上,基于K7体系的Duron明显优于采用P6核心设计的Intel系列处理器,它具有三个全流水乱序执行单元,一个用于加/减运算,一个用于复合指令还有一个是浮点存储单元。   这里要特别指出的是,Duron系列处理器在超频方面有了更进一步的发展,而且超频后的稳定性也不错(但要注意散热!)。以Duron600MHz为例,在适当增加电压(1.8V~1.85V)后,基本上都能超至850MHz~900MHz。 #1  VIA CyrixⅢ   VIA公司在收购Cyrix之后,同期正式推出了代号为Joshua(约书亚)的第一款处理器,它采用0.18微米工艺制造,Socket 370架构,支持133MHz外频,并拥有256KB L2 Cache及3D NOW!指令集。(^43030501x^)   另外,VIA后来还推出了采用新一代Samuel(塞缪尔)核心的CyrixⅢ处理器,它加入新一代的3D Now!多媒体指令集,提供133MHz系统外频,128K一级高速缓存,采用0.18微米制造工艺生产,芯片面积仅76平方毫米。它还采用了动态电源缓存结构(Dynamic Power Caching Architecture,DPCA)技术,使新CyrixⅢ处理器的耗电量已不到10瓦,因此新CyrixⅢ处理器也可适用在笔记型电脑或其它IA产品上。