微型机的中央处理器CPU

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1、第三章第三章 中央处理器中央处理器CPU 3.1 CPU概述 3.2 CPU的主要技术参数 3.3 微处理器中所采用的新技术 3.4 CPU的生产过程 3.5 CPU的封装与接口类型 3.6 CPU的内核 3.7 其他CPU介绍3.1 CPU概述概述 1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。 4004包含2300个晶体管 尺寸规格为3mm4mm计算性 能远远超过当年的ENIAC。X86X86系列及兼容系列及兼容CPUCPU X86指令集是Intel公司为其第一块16位CPU（8086）专

2、门开发的 虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的80386、80486、直到今天的CORE，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。 另外除Intel公司之外，AMD、Cyrix、VIA等厂家也曾相继生产出能使用X86指令集的CPU，形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。 3.1 CPU概述概述PCPC机机CPUsCPUs出现年代出现年代晶体管数目晶体管数目第一代第一代8086 8086 和和 808880881978-811978-8129

3、,00029,000第二代第二代802868028619841984134,000134,000第三代第三代80386D80386D和和 80386SX80386SX1987-881987-88275,000275,00080486SX80486SX、 80486DX,80486DX,80486DX280486DX2和和 80486DX480486DX4PentiumPentium1993-951993-953,100,0003,100,000第五代第五代Cyrix 6X86Cyrix 6X8619961996-AMDAMD K5 K519961996-IDTIDT WinChipWinChi

4、p C6C6199719973,500,0003,500,000Pentium MMXPentium MMX199719974,500,0004,500,000IBM/CyrixIBM/Cyrix 6x86MX 6x86MX199719976,000,0006,000,000IDT WinChip2 3DIDT WinChip2 3D199819986,000,0006,000,000Pentium ProPentium Pro199519955,500,0005,500,000AMD K6AMD K6199719978,800,0008,800,000Pentium IIPentium II

5、199719977,500,0007,500,000AMDAMD K6-2 K6-2199819989,300,0009,300,000Mobile Pentium IIMobile Pentium II27,400,00027,400,000Pentium IIIPentium III9,300,0009,300,000AMDAMD K6-3 K6-3? ?Pentium III CuMinePentium III CuMine28,000,00028,000,000AMD Athlon ThunderbirdAMD Athlon Thunderbird2000200037,000,0003

6、7,000,000Pentium 4Pentium 442,000,00042,000,000第四代第四代1990-921990-921,200,0001,200,000第五代改进型第五代改进型第六代第六代第六代改进型第六代改进型19991999第七代第七代 CPU（Central Processing Unit，中央处理器）发展出三个分支：DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理）MCU（Micro Control Unit，微控制器单元）MPU（Micro Processor Unit，微处理器单元） 面向控制应用面向控制应用的，称为微控制器微控制器，MCU,

7、又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称“单片机”将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。 MCU最大特点在于它的通用性，适合不同信息源的多种数据的处理诊断和运算，侧重于控制如8051、PIC、68HC12、AVR等3.1 CPU概述概述 MPU面向通用数据处理，不带外围器件（例如存储器阵列），是高度集成的通用结构的处理器 通常讲的CPU主要是这一类 X86,ARM,MIPS DSP面向数字信号处理 DSP运算能力强，擅长很多的重复数据运算 如TI、ADI、Freesc

8、ale、NEC的DSP 图形处理器GPU3.1 CPU概述概述3.2 CPU3.2 CPU的主要技术指标的主要技术指标位、字节和字长总线宽度地址总线宽度、数据总线宽度时钟频率主频、外频和倍频、 超频运行工作电压制造工艺3.2.1 3.2.1 位、字节和字长位、字节和字长位： 二进制位，“0”或“1”。字节：8位二进制位字： 两个字节字长：CPU运算器一次处理的二进制数的位数，常见的有1、4、8、16、32、64位15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0字字字节字节位位3.2.2 地址总线宽度、数据总线宽度地址总线宽度、数据总线宽度 地址总线宽度 地址总线宽度决

9、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。 对于宽度为32位地址线，最多可以直接访问4GB的物理空间。 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。3.2.3 3.2.3 时钟频率时钟频率时钟频率：周期性脉冲信号的频率，单位Hz。主频：工作频率，CPU内核的实际运行频率。外频：前端总线频率或系统总线时钟频率，由主板提供的时钟频率，是内存等的工作频率。倍频系数：主频=外频倍频系数超频运行：使CPU工作在高于额定工作频率频率越高、功耗越高外频外频主频主频3.2.

10、4 工作电压工作电压 CPU正常工作所需的外加电压，电压越低功耗越小、运行速度越高。 早期（286486时代）一般为5V，CPU的发热量大，寿命短。 近年来CPU的工作电压有逐步下降的趋势笔记本专用CPU工作的电压更低，0.8V1.5V3.2.5 制造工艺制造工艺 集成电路的制造工艺称为制程 目前大部分为CMOS工艺 线宽芯片上最基本功能单元（门电路）的宽度，也是指集成电路中最小线条的宽度，衡量制程的先进性 目前采用铜连线，导电性更好，可以提高运行频率 线宽越窄、工艺越先进、集成度越高、功耗越低 龙芯3为65nm（意法半导体代工）3.2.5 制造工艺制造工艺 Intel制造工艺发展图Sandy

11、 BridgeIvy BridgeCoppermine核核心心的的Pentium Celeron赛扬赛扬Pentium 13380286常见处理器性能参数常见处理器性能参数型号工艺频率功耗Core i7-4930KIvy bridge-E (22 nm)3.4 GHz 6 Cores130 WCore i7-4930MXIvy Bridge (22 nm)3.00 3.90 GHz57 WCore i7-4500UIvy Bridge (22 nm)1.80 3.00 GHz15 WAtom E3845(64位)Bay Trail (22 nm)1.91 GHz 8Cores10 WFX-95