中央處理器

中央處理器

中央處理器(CPU,英語:Central Processing Unit),是電子電腦的主要設備之一,電腦中的核心配件。其功能主要是解釋電腦指令以及處理電腦軟體中的資料。電腦中所有操作都由CPU負責讀取指令,對指令解碼並執行指令的核心部件。
  • 中文名稱
    中央處理器
  • 外文名稱
    Central Processing Unit
  • 簡稱
    CPU
  • 適用
    電腦配件

基本介紹

程式是由指令構成的序列,執行程式就是按指令序列逐條執行指令。一旦把程式裝入主存儲器(簡稱主存)中,就可以由CPU自動地完成從主存取指令和執行指令的任務。

中央處理器

主要功能

順序控製  

中央處理器

這是指控製程式中指令的執行順序。程式中的各指令之間是有嚴格順序的,必須嚴格按程式規定的順序執行,才能保證電腦工作的正確性。

操作控製

中央處理器

一條指令的功能往往是由電腦中的部件執行一序列的操作來實現的。CPU要根據指令的功能,產生相應的操作控製信號,發給相應的部件,從而控製這些部件按指令的要求進行動作。

時間控製

時間控製就是對各種操作實施時間上的定時。在一條指令的執行過程中,在什麽時間做什麽操作均應受到嚴格的控製。隻有這樣,電腦才能有條不紊地自動工作。

資料加工

即對資料進行算術運算和邏輯運算,或進行其他的信息處理。

組成結構

CPU包括運算邏輯部件、暫存器部件,運算器和控製部件等。

運算邏輯部件

運算邏輯部件,可以執行定點或浮點算術運算操作、移位操作以及邏輯操作,也可執行地址運算和轉換。

暫存器部件

暫存器部件,包括通用暫存器、專用暫存器和控製暫存器。

通用暫存器又可分定點數和浮點數兩類,它們用來儲存指令中的暫存器運算元和操作結果。

中央處理器

通用暫存器是中央處理器的重要組成部分,大多數指令都要訪問到通用暫存器。通用暫存器的寬度決定電腦內部的資料通路寬度,其連線埠數目往往可影響內部操作的並行性。

專用暫存器是為了執行一些特殊操作所需用的暫存器。

控製暫存器通常用來指示機器執行的狀態,或者保持某些指針,有處理狀態暫存器、地址轉換目錄的基地址暫存器、特權狀態暫存器、條件碼暫存器、處理異常事故暫存器以及檢錯暫存器等。

有的時候,中央處理器中還有一些快取,用來暫時存放一些資料指令,快取越大,說明CPU的運算速度越快,目前市場上的中高端中央處理器都有2M左右的二級快取,高端中央處理器有4M左右的二級快取。

控製部件

控製部件,主要負責對指令解碼,並且發出為完成每條指令所要執行的各個操作的控製信號。

其結構有兩種:一種是以微存儲為核心的微程式控製方式;一種是以邏輯硬布線結構為主的控製方式。

微存儲中保持微碼,每一個微碼對應于一個最基本的微操作,又稱微指令;各條指令是由不同序列的微碼組成,這種微碼序列構成微程式。中央處理器在對指令解碼以後,即發出一定時序的控製信號,按給定序列的順序以微周期為節拍執行由這些微碼確定的若幹個微操作,即可完成某條指令的執行。

簡單指令是由(3~5)個微操作組成,復雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。

發展歷史

Intel

1971年: 4004 微處理器

Intel在1969年為日本電腦製造商Busicom的一項專案,著手開發第一款微處理器,為一系列可程式化電腦研發多款晶片。最終,英特爾在1971年11月15日向全球市場推出4004微處理器,當年Intel 4004處理器每顆售價為200美元。4004 是英特爾第一款微處理器,為日後開發系統智慧型功能以及個人電腦奠定發展基礎,其電晶體數目約為2千3百顆。

1972年: 8008 微處理器

中央處理器

翌年,Intel推出8008微處理器,其運算能力是4004的兩倍。Radio Electronics于1974年刊載一篇文章介紹一部採用8008的Mark-8裝置,被公認是第一部家用電腦,在當時的標準來看,這部電腦在製造、維護、與運作方面都相當困難。Intel 8008電晶體數目約為3千5百顆。

1974年: 8080 微處理器

1974年,Intel推出8080處理器,並作為Altair個人電腦的運算核心,Altair在《星艦奇航》電視影集中是企業號太空船的目的地。電腦迷當時可用395美元買到一組Altair的套件。它在數個月內賣出數萬套,成為史上第一款下訂單後製造的機種。Intel 8080電晶體數目約為6千顆。

1978年: 8086、8088 微處理器

取得IBM新成立之個人電腦部門敲定的重要銷售契約,讓Intel 8088處理器成為IBM新款暢銷產品 ,IBM個人電腦的大腦,Intel 8088處理器的成功將英特爾拱上財富雜志500大企業排行榜,財富雜志將英特爾評為 “70年代最成功的企業”之一。Intel 8088電晶體數目約為29,000。

1982年: 80286 微處理器

80286(也被稱為286)是英特爾首款能執行所有舊款處理器專屬軟體的處理器,這種軟體相容性之後成為英特爾全系列微處理器的註冊商標,在6年的銷售期中,估計全球各地共安裝了1500萬部286個人電腦。Intel 80286處理器電晶體數目為13萬4千顆。

1985年: 80386 微處理器

Intel 80386微處理器內含275,000 個電晶體—比當初的4004多了100倍以上,這款32位元處理器首次支持多工任務設計,能同時執行多個程式。Intel 80386電晶體數目約為27萬5千顆。

1989年: Intel 80486微處理器

Intel 80486處理器世代讓電腦從命令列轉型至點選式(point to click)的圖形化操作環境,據史密森美國歷史博物館的科技史學家David K. Allison回憶道:“當時我擁有第一部彩色螢幕電腦,開始能以大幅加快的速度進行桌面排版作業。”Intel 80486處理器率先內建數學協同處理器,由于能扮演中央處理器處理復雜數學運算,因此能加快整體運算的速度。Intel 80486電晶體數目為120萬顆。

1993年: Intel Pentium 處理器

Pentium是Intel首個放棄利用數位來命名的處理器產品,在微架構上取得突破,讓電腦更容易處理 “現實世界”的資料,例如語音、聲音、書寫、以及相片影像。源自漫畫與電視脫口秀的Pentium,在問市後立即成為家喻戶曉的名字,Intel Pentium處理器電晶體數目為310萬顆。

1996年:Intel Pentium Pro處理器

初步佔據了一部分CPU市場的INTEL並沒有停下自己的腳步,在其他公司還在不斷追趕自己的奔騰之際,又在1996年推出了最新一代的第六代X86系列CPU棗P6。P6隻是它的研究代號,上市之後P6有了一個非常響亮的名字叫PentiumPro。PentiumPro的內部含有高達550萬個的電晶體,內部時鍾頻率為133MHZ,處理速度幾乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。PentiumPro的一級(片內)快取為8KB指令和8KB資料。值得註意的是在PentimuPro的一個封裝中除PentimuPro晶片外還包括有一個256KB的二級快取晶片,兩個晶片之間用高頻寬的內部通訊匯流排互連,處理器與高速快取的連線線路也被安置在該封裝中,這樣就使高速快取能更容易地運行在更高的頻率上。PentiumPro 200MHZ CPU的L2CACHE就是運行在200MHZ,也就是工作在與處理器相同的頻率上。這樣的設計領PentiumPro達到了最高的性能。而PentimuPro最引人註目的地方是它具有一項稱為“動態執行”的創新技術,這是繼PENTIUM在超標量體系結構上實現實破之後的又一次飛躍。PentimuPro系列的工作頻率是150/166/180/200,一級快取都是16KB,而前三者都有256KB的二級快取,至于頻率為200的CPU還分為三種版本,不同就在于他們的內置的快取分別是256KB,512KB,1MB。

1997年: Intel Pentium II 處理器

內含750萬個電晶體的Pentium II處理器結合了Intel MMX技術,能以極高的效率處理影片、音效、以及繪圖資料,首次採用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封裝,內建了高速快取記憶體。這款晶片讓電腦使用者擷取、編輯、以及透過網際網路和親友分享數位相片、編輯與新增文字、音樂或製作家庭電影的轉場效果、使用視訊電話以及透過標準電話線與網際網路傳送影片,Intel Pentium II處理器電晶體數目為750萬顆。

1998年:Intel Celeron 處理器

1998 年,AMD的低價政策奏效,以 1/3 于 Intel 同時脈處理器的價格,成功的大舉入侵低價處理器市場,當時基本型電腦 (NT$:30,000~25,000-) 大行其道,加上 AMD 的 K6-2 處理器本身的整數運算能力優,非常適合一般家庭的基本需求,各大廠紛紛推出 Socket-7 平台的低價電腦。這段期間,Intel 為了完全主導下一代處理器走向,宣布放棄 Socket-7 架構,和美國國家半導體共同發表了新一代架構 - Slot-1,並且推出全新架構的處理器 - Pentium II,雖然這款處理器,成功的打入主流市場,不過昂貴的 Pentium II,加上昂貴的主機板,使得 Intel 完全失去低價市場的這塊大餅。為了入侵這塊市場,推出新款的低價處理器投入戰場,是必須的,但設計一款新的處理器,所需要投資的初期研發成本相當高,所以 Intel 打算從原有的 Pentium II 處理器著手,在 1998 年3月的時候,Intel 正式推出新款處理器 - Celeron。當初推出的 Celeron 處理器,架構上維持和 Pentium II 相同 (Deschutes),採用 Slot-1,核心架構也和 Pentium II 一樣,具有 MMX 多媒體指令集,但是原本在 Pentium II 上的兩顆 L2 快取記憶體則取消了。Intel 拿掉 L2 快取,除了可以降低成本之外,最主要是為了和當時的主流 Pentium II 在效能上有所分別,除了 L2 快取,處理器的外部工作頻率 (Front Side BUS),也是 Intel 用來區分主流與低價處理器的分水嶺:當時 Intel Pentium II 處理器的外頻為 100 MHz (最早是 Pentium II 350),而屬于低價的 Celeron 則是維持傳統的 66 MHz。Celeron 的核心架構,和 Pentium II 完全相同,隻是少了 L2 快取,這對整體效能上的影響,到底大不大 看看今天的 P3c 大家心理應該就有個底了,舉例來說,核心時脈同樣為 500 MHz 的 P3 處理器,外頻相同的狀態下,On-Die 256K 全速 L2 快取記憶體的 P3 500E,效能上硬是比 P3 500 的半速 512K L2 快取要來的快,光是 L2 快取的速度,就有如此大的影響 (先撇開 ATC 以及 ASB 不談),更何況是‘沒有’L2 快取記憶體。Cache-less 的 Celeron 低價處理器,剛剛推出時,目標放在低價電腦上,由于採用 Slot-1 架構,當時可以搭配的主機板晶片組隻有 440 LX 以及 440BX,不過這類型的主機板,都是以搭配 Pentium II 為主,價位上也難以壓低,加上 Cache-Less 的 Celeron 處理器,在 Winstone 測試中,成績低的可憐,所以,Intel 最早推出的 Celeron 266/300 MHz,在效能上一直為大家所唾棄。

1998年:Intel Celeron 300A處理器

1998年8月24日,這個日子讓像筆者這樣熱愛硬體的人們都會無法忘記,Intel推出了裝有二級高速快取的賽揚A處理器,這就是日後被眾多DIYer捧上神壇的賽揚300A,一個讓經典不能再經典的型號。 賽揚300A,從某種意義上已經是Intel的第二代賽揚處理器。第一代的賽揚處理器僅僅擁有266MHz、300MHz兩種版本,第一代的Celeron處理器由于不擁有任何的二級快取,雖然有效的降低了成本,但是性能也無法讓人滿意。為了彌補性能上的不足,Intel終于首次推出帶有二級快取的賽揚處理器——採用Mendocino核心的Celeron300A、333、366。經典,從此誕生。 賽揚300A的經典,並不僅僅是因為它的超頻(多數賽揚300A可以輕松超頻至550MHZ),還在于賽揚300A的超頻性幾乎造就了一條專門為它而生的產業鏈,主機板、轉接卡......有多少這樣的產品就為了賽揚300A而生。一時間,報紙雜志網路媒體都在討論這款Celeron300A的超頻方式、技巧、配合主機板、記憶體等等。DIY的超頻時代正式到臨。

1999年: Intel Pentium III 處理器

Intel Pentium III 處理器加入70個新指令,加入網際網路串流SIMD延伸集稱為MMX,能大幅提升先進影像、3D、串流音樂、影片、語音辨識等套用的性能,它能大幅提升網際網路的使用經驗,讓使用者能流覽逼真的線上博物館與商店,以及下載高品質影片,Intel首次導入0.25微米技術,Intel Pentium III電晶體數目約為950萬顆。

2000年: Intel Pentium 4 處理器

採用Pentium 4處理器內建了4200萬個電晶體,以及採用0.18微米的電路,首款微處理器Intel 4004的運作頻率為108KHz,Pentium 4初期推出版本的速度就高達1.5GHz,若汽車速度在同一時期以相同的速度向上攀升,從舊金山開車到紐約僅僅需要13秒,Pentium 4處理器電晶體數目約為4200萬顆,翌年8月,Pentium 4 處理理達到2 GHz的裏程碑。

2002年: Intel Pentium 4 HT處理器

英特爾推出新款Intel Pentium 4處理器內含創新的Hyper-Threading(HT)超執行緒技術。超執行緒技術打造出新等級的高性能桌上型電腦,能同時快速執行多項運算套用,或針對支持多重執行緒的軟體帶來更高的性能。超執行緒技術讓電腦性能增加25%。除了為桌上型電腦使用者提供超執行緒技術外,英特爾也達成另一項電腦裏程碑,就是推出運作頻率達3.06 GHz的Pentium 4處理器,是首款每秒執行30億個運算周期的商業微處理器,如此優異的性能要歸功于當時業界最先進的0.13微米製程技術,翌年,內建超執行緒技術的Intel Pentium 4處理器頻率達到3.2 GHz。

2003年:Intel Pentium M處理器

由以色列小組專門設計的新型移動CPU,Pentium M是英特爾公司的x86架構微處理器,供筆記簿型個人電腦使用,亦被作為Centrino的一部分,于2003年3月推出。公布有以下主頻:標準1.6GHz,1.5GHz,1.4GHz,1.3GHz,低電壓1.1GHz,超低電壓900MHz。為了在低主頻得到高效能,Banias作出了最佳化,使每個時鍾所能執行的指令數目更多,並通過高級分支預測來降低錯誤預測率。另外最突出的改進就L2高速快取增至1MB(P3-M和P4-M都隻有512KB),估計Banias數目高達7700萬的電晶體大部分就用在這上。此外還有一系列與減少功耗有關的設計:增強型Speedstep技術是必不可少的了,擁有多個供電電壓和計算頻率,從而使性能可以更好地滿足套用需求。智慧型供電分布可將系統電量集中分布到處理器需要的地方(MVPIV)技術可根據處理器活動動態降低電壓,從而支持更低的散熱設計功率和更小巧的外形設計;經最佳化功率的400MHz系統匯流排;Micro-opsfusion微操作指令融合技術,在存在多個可同時執行的指令的情況下,將這些指令合成為一個指令,以提高性能與電力使用效率。專用的堆疊管理器,使用記錄內部運行情況的專用硬體,處理器可無中斷執行程式。Banias所對應的晶片組為855系列,855晶片組由北橋晶片855和南橋晶片ICH4-M組成,北橋晶片分為不帶內置顯示卡的855PM(代號Odem)和帶內置顯示卡的855GM(代號Montara-GM),支持高達2GB的DDR266/200記憶體,AGP4X,USB2.0,兩組ATA-100、AC97音效及Modem。其中855GM為三維及顯示引擎最佳化InternalClockGating,它可以在需要時才進行三維顯示引擎供電,從而降低晶片組的功率。

2005年: Intel Pentium D 處理器

首顆內含2個處理核心的Intel Pentium D 處理器登場,正式揭開x86處理器多核心時代。

2006年: Intel Core 2 Duo處理器

Core微架構桌面處理器,核心代號Conroe將命名為Core 2 Duo/Extreme家族,其E6700 2.6GHz型號比先前推出之最強的Intel Pentium D 960 (3.6GHz)處理器,在性能方面提升了40%,省電效率也增加40%,Core 2 Duo處理器內含2.91億個電晶體。

2008年:Intel Atom處理器

2008年6月3日,英特爾在北京向媒體介紹了他們與台北電腦展上同步推出的凌動處理器Atom。英特爾凌動處理採用45納米製造工藝,2.5瓦超低功耗,價格低廉且性能滿足基本需求,主要為上網本(Netbook)和上網機(Nettop)使用。作為具有簡單易用、經濟實惠的新型上網設備——上網本和上網機,他們主要具有較好的網際網路功能,還可以進行學習、娛樂、圖片、影片等套用,是經濟與便攜相結合的新電腦產品。其最具代表性的產品為半年前華碩率先推出的Eee PC電腦,而現在戴爾、宏基、惠普等眾多廠商也紛紛推出同類產品,行業對該市場前景樂觀。這次推出的英特爾凌動處理器分為兩款,為上網本設計的凌動N270與為上網機設計的凌動230,搭配945GM晶片組,可以滿足基本的影片、圖形、流覽需求,並且體積小巧,同時價格能控製在低于主流電腦的價位。據英特爾核算,採用凌動處理器的上網本可以做到低至250美元左右,而上網機則不會超過300美元。 會上英特爾展示了以長城、海爾、同方為代表的上網機和上網本設備。其中一款同方的上網機售價預計在1999元左右,主要用于連線液晶電視,通過遙控器進行各種上網和數碼套用,並具備安裝XP系統進行電腦套用的能力。而多款國產上網本售價還並未公布,但估計定價會在2999元左右以贏得市場。

2008年:Intel Core i7處理器

Intel官方正式確認,基于全新Nehalem架構的新一代桌面處理器將沿用“Core”(酷睿) 名稱,命名為“Intel Core i7”系列,至尊版的名稱是“Intel Core i7 Extreme”系列。Core i7(中文:酷睿 i7,核心代號:(Bloomfield)處理器是英特爾于2008年推出的64位四核心CPU,沿用x86-64指令集,並以Intel Nehalem微架構為基礎,取代Intel Core 2系列處理器。Nehalem曾經是Pentium 4 10 GHz版本的代號。Core i7的名稱並沒有特別的含義,Intel表示取i7此名的原因隻是聽起來悅耳,“i”的意思是智慧型(intelligence的首字母),而7則沒有特別的意思,更不是指第7代產品。而Core就是延續上一代Core處理器的成功,有些人會以“愛妻”昵稱之。官方的正式推出日期是2008年11月17日。早在11月3日,官方己公布相關產品的售價,網上評測亦陸續被解封。

2009年:Intel Core i5處理器

酷睿i5處理器是英特爾的一款產品,同樣建基于Intel Nehalem微架構。與Core i7支持三通道存儲器不同,Core i5隻會集成雙通道DDR3存儲器控製器。另外,Core i5會集成一些北橋的功能,將集成PCI-Express控製器。接口亦與Core i7的LGA 1366不同,Core i5採用全新的LGA 1156。處理器核心方面,代號Lynnfiled,採用45納米製程的Core i5會有四個核心,不支持超執行緒技術,總共僅提供4個執行緒。L2緩沖存儲器方面,每一個核心擁有各自獨立的256KB,並且共享一個達8MB的L3緩沖存儲器。晶片組方面,會採用Intel P55(代號:IbexPeak)。它除了支持Lynnfield外,還會支持Havendale處理器。後者雖然隻有兩個處理器核心,但卻集成了顯示核心。P55會採用單晶片設計,功能與傳統的南橋相似,支持SLI和Crossfire技術。但是,與高端的X58晶片組不同,P55不會採用較新的QPI連線,而會使用傳統的DMI技術[1]。接口方面,可以與其他的5系列晶片組兼容[2]。它會取代P45晶片組。

2010年:Intel Core i3處理器

酷睿i3作為酷睿i5的進一步精簡版,是面向主流使用者的CPU家族標識。擁有Clarkdale(2010年)、Arrandale(2010年)、Sandy Bridge(2011年)等多款子系列。

2011年: Intel Sandy Bridge處理器

SNB(Sandy Bridge)是英特爾在2011年初發布的新一代處理器微架構,這一構架的最大意義莫過于重新定義了“整合平台”的概念,與處理器“無縫融合”的“核芯顯示卡”終結了“集成顯示卡”的時代。這一創舉得益于全新的32nm製造工藝。由于Sandy Bridge 構架下的處理器採用了比之前的45nm工藝更加先進的32nm製造工藝,理論上實現了CPU功耗的進一步降低,及其電路尺寸和性能的顯著最佳化,這就為將整合圖形核心(核芯顯示卡)與CPU封裝在同一塊基板上創造了有利條件。此外,第二代酷睿還加入了全新的高清影片處理單元。影片轉解碼速度的高與低跟處理器是有直接關系的,由于高清影片處理單元的加入,新一代酷睿處理器的影片處理時間比老款處理器至少提升了30%。

2012年: Intel ivy Bridge處理器

在2012年4月24日下午北京天文館,Intel正式發布了ivy bridge(IVB)處理器。22nm Ivy Bridge會將執行單元的數量翻一番,達到最多24個,自然會帶來性能上的進一步躍進。Ivy Bridge會加入對DX11的支持的集成顯示卡。另外新加入的XHCI USB 3.0控製器則共享其中四條通道,從而提供最多四個USB 3.0,從而支持原生USB3.0。cpu的製作採用3D電晶體技術的CPU耗電量會減少一半。

AMD

1981年,AMD 287 FPU,使用Intel80287 核心。產品的市場定位和性能與Intel80287 基本相同。也是迄今為止AMD 公司唯一生產過的FPU產品,十分稀有。

中央處理器

AMD 8080(1974年)、8085(1976年)、8086(1978年)、8088(1979年)、80186(1982年)、80188、80286微處理器,使用Intel8080 核心。產品的市場定位和性能與Intel同名產品基本相同。

AMD 386(1991年)微處理器,核心代號P9,有SX 和DX 之分,分別與Intel80386SX 和DX 相兼容的微處理器。AMD 386DX與Intel 386DX同為32位處理器。不同的是AMD 386SX是一個完全的16位處理器,而Intel 386SX是一種準32位處理器(內部匯流排32位,外部16位)。AMD 386DX的性能與Intel80386DX相差無己,同為當時的主流產品之一。AMD也曾研發了386 DE等多種型號基于386核心的嵌入式產品。

AMD 486DX(1993年)微處理器,核心代號P4,AMD 自行設計生產的第一代486產品。而後陸續推出了其他486級別的產品,常見的型號有:486DX2,核心代號P24;486DX4,核心代號P24C;486SX2,核心代號P23等。其它衍生型號還有486DE、486DXL2等,比較少見。AMD 486的最高頻率為120MHz(DX4-120),這是第一次在頻率上超越了強大的競爭對手Intel。

AMD 5X86(1995年)微處理器,核心代號X5,AMD 公司在486市場的利器。486時代的後期,TI(德州儀器)推出了高性價比的TI486DX2-80,很快佔領了中低端市場,Intel 也推出了高端的Pentium系列。AMD為了搶佔市場的空缺,便推出了5x86系列CPU(幾乎是與Cyrix 5x86同時推出)。它是486級最高頻的產品----33*4、133MHz,0.35微米製造工藝,內置16KB一級回寫快取,性能直指Pentium75,並且功耗要小于Pentium。

AMD K5(1997年)微處理器,1997年發布。因為研發問題,其上市時間比競爭對手Intel的"奔騰"晚了許多,再加上性能並不十分出色,這個不成功的產品一度使得AMD 的市場份額大量喪失。K5的性能非常一般,整數運算能力比不上Cyrix x86,但比"奔騰"略強;浮點預算能力遠遠比不上"奔騰",但稍強于Cyrix 6x86。綜合來看,K5屬于實力比較平均的產品,而上市之初的低廉的價格比其性能更加吸引消費者。另外,最高端的K5-RP200產量很小,並且沒有在中國大陸銷售。

AMD K6(1997年)處理器是與Intel PentiumMMX同檔次的產品。是AMD 在收購了NexGen,融入當時先進的NexGen 686技術之後的力作。它同樣包含了MMX指令集以及比Pentium MMX整整大出一倍的64KB的L1快取!整體比較而言,K6是一款成功的作品,隻是在性能方面,浮點運算能力依舊低于Pentium MMX。

K6-2(1998年)系列微處理器曾經是AMD的拳頭產品,現在我們稱之為經典。為了打敗競爭對手Intel,AMD K6-2系列微處理器在K6的基礎上做了大幅度的改進,其中最主要的是加入了對"3DNow!"指令的支持。"3DNow!"指令是對X86體系的重大突破,此項技術帶給我們的好處是大大加強了電腦的3D處理能力,帶給我們真正優秀的3D表現。當你使用專門"3DNow!"最佳化的軟體時就能發現,K6-2的潛力是多麽的巨大。而且大多數K6-2並沒有鎖頻,加上0.25微米製造工藝帶給我們的低發熱量,能很輕松的超頻使用。也就是從K6-2開始,超頻不再是Intel的專有名詞。同時,K6-2也繼承了AMD 一貫的傳統,同頻型號比Intel 產品價格要低25% 左右,市場銷量驚人。K6-2系列上市之初使用的是"K6 3D"這個名字("3D"即"3DNow!"),待到正式上市才正名為"K6-2"。正因為如此,大多數K6 3D為ES(少量正式版,畢竟沒有量產)。K6 3D曾經有一款非標準的250MHz 產品,但是在正式的K6-2系列中並沒有出現。K6-2的最低頻率為200MHz,最高達到550MHz。

AMD 于1999年2月推出了代號為"Sharptooth"(利齒)的K6-3(1998年)系列微處理器,它是AMD 推出的最後一款支持Super架構和CPGA封裝形式的CPU。K6-3採用了0.25微米製造工藝,集成256KB二級快取(競爭對手英特爾的新賽揚是128KB),並以CPU 的主頻速度運行。而曾經Socket 7主機板上的L2此時就被K6-3自動識別為了L3,這對于高頻率的CPU來說無疑很有優勢,雖然K6-3的浮點運算依舊差強人意。因為各種原因,K6-3投放市場之後難覓蹤跡,價格也並非平易近人,即便是更加先進的K6-3+出現之後。

AMD 于2001年10月推出了K8架構。盡管K8和K7採用了一樣數目的浮點調度程式視窗(scheduling window ),但是整數單元從K7的18個擴充到了24個,此外,AMD 將K7中的分支預測單元做了改進。global history counter buffer(用于記錄CPU 在某段時間內對資料的訪問,稱之為全歷史計數緩沖器)比起Athlon來足足大了4倍,並在分支測錯前流水線中可以容納更多指令數,AMD 在整數調度程式上的改進讓K8的管線深度比Athlon多出2級。增加兩級線管深度的目的在于提升K8的核心頻率。在K8中,AMD 增加了後備式轉換緩沖,這是為了應對Opteron在伺服器套用中的超大記憶體需求。

AMD于2007下半年推出K10架構

採用K10架構的 Barcelona 為四核並有4.63億電晶體。Barcelona是AMD 第一款四核處理器,原生架構基于65nm 工藝技術。和Intel Kentsfield 四核不同的是,Barcelona並不是將兩個雙核封裝在一起,而是真正的單晶片四核心。

AMD于2008年推出K10.5架構,該架構採用45nm製造工藝。引進三級快取的新概念。

基本術語

主頻

主頻也叫時鍾頻率,單位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz),用來表示CPU的運算、處理資料的速度。

CPU的主頻=外頻×倍頻系數。主頻和實際的運算速度存在一定的關系,但並不是一個簡單的線性關系。 所以,CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關系的,主頻表示在CPU內數位脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產品中,也可以看到這樣的例子:1 GHz Itanium晶片能夠表現得差不多跟2.66 GHz至強(Xeon)/Opteron一樣快,或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線、匯流排等等各方面的性能指標。

外頻

外頻是CPU的基準頻率,單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主機板的運行速度。通俗地說,在台式機中,所說的超頻,都是超CPU的外頻(當然一般情況下,CPU的倍頻都是被鎖住的)相信這點是很好理解的。但對于伺服器CPU來講,超頻是絕對不允許的。前面說到CPU決定著主機板的運行速度,兩者是同步運行的,如果把伺服器CPU超頻了,改變了外頻,會產生非同步運行,(台式機很多主機板都支持非同步運行)這樣會造成整個伺服器系統的不穩定。

目前的絕大部分電腦系統中外頻與主機板前端匯流排不是同步速度的,而外頻與前端匯流排(FSB)頻率又很容易被混為一談。

前端匯流排頻率

前端匯流排(FSB)頻率(即匯流排頻率)是直接影響CPU與記憶體直接資料交換速度。有一條公式可以計算,即資料頻寬=(匯流排頻率×資料位寬)/8,資料傳輸最大頻寬取決于所有同時傳輸的資料的寬度和傳輸頻率。比方,現在的支持64位的至強Nocona,前端匯流排是800MHz,按照公式,它的資料傳輸最大頻寬是6.4GB/秒。

外頻與前端匯流排(FSB)頻率的區別:前端匯流排的速度指的是資料傳輸的速度,外頻是CPU與主機板之間同步運行的速度。也就是說,100MHz外頻特指數位脈沖信號在每秒鍾震蕩一億次;而100MHz前端匯流排指的是每秒鍾CPU可接受的資料傳輸量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。

其實現在“HyperTransport”構架的出現,讓這種實際意義上的前端匯流排(FSB)頻率發生了變化。IA-32架構必須有三大重要的構件:記憶體控製器Hub (MCH),I/O控製器Hub和PCI Hub,像Intel很典型的晶片組Intel 7501.Intel7505晶片組,為雙至強處理器量身定做的,它們所包含的MCH為CPU提供了頻率為533MHz的前端匯流排,配合DDR記憶體,前端匯流排頻寬可達到4.3GB/秒。但隨著處理器性能不斷提高同時給系統架構帶來了很多問題。而“HyperTransport”構架不但解決了問題,而且更有效地提高了匯流排頻寬,比方AMD Opteron處理器,靈活的HyperTransport I/O匯流排體系結構讓它整合了記憶體控製器,使處理器不通過系統匯流排傳給晶片組而直接和記憶體交換資料。這樣的話,前端匯流排(FSB)頻率在AMD Opteron處理器就不知道從何談起了。

中央處理器 中央處理器

倍頻系數

倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下,倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上,在相同外頻的前提下,高倍頻的CPU本身意義並不大。這是因為CPU與系統之間資料傳輸速度是有限的,一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會出現明顯的“瓶頸”效應-CPU從系統中得到資料的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的,少量的如Intel 酷睿2核心的奔騰雙核E6500K和一些至尊版的CPU不鎖倍頻,而AMD之前都沒有鎖,現在AMD推出了黑盒版CPU(即不鎖倍頻版本,使用者可以自由調節倍頻,調節倍頻的超頻方式比調節外頻穩定得多)。

快取

快取大小也是CPU的重要指標之一,而且快取的結構和大小對CPU速度的影響非常大,CPU內快取的運行頻率極高,一般是和處理器同頻運作,工作效率遠遠大于系統記憶體和硬碟。實際工作時,CPU往往需要重復讀取同樣的資料塊,而快取容量的增大,可以大幅度提升CPU內部讀取資料的命中率,而不用再到記憶體或者硬碟上尋找,以此提高系統性能。但是由于CPU晶片面積和成本的因素來考慮,快取都很小。

L1 Cache(一級快取)是CPU第一層高速快取,分為資料快取和指令快取。內置的L1高速快取的容量和結構對CPU的性能影響較大,不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成,結構較復雜,在CPU管芯面積不能太大的情況下,L1級高速快取的容量不可能做得太大。一般伺服器CPU的L1快取的容量通常在32-256KB。

L2 Cache(二級快取)是CPU的第二層高速快取,分內部和外部兩種晶片。內部的晶片二級快取運行速度與主頻相同,而外部的二級快取則隻有主頻的一半。L2高速快取容量也會影響CPU的性能,原則是越大越好,以前家庭用CPU容量最大的是512KB,現在筆電中也可以達到2M,而伺服器和工作站上用CPU的L2高速快取更高,可以達到8M以上。

L3 Cache(三級快取),分為兩種,早期的是外置,現在的都是內置的。而它的實際作用即是,L3快取的套用可以進一步降低記憶體延遲,同時提升大資料量計算時處理器的性能。降低記憶體延遲和提升大資料量計算能力對遊戲都很有幫助。而在伺服器領域增加L3快取在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3快取的配置利用物理記憶體會更有效,故它比較慢的磁碟I/O子系統可以處理更多的資料請求。具有較大L3快取的處理器提供更有效的檔案系統快取行為及較短訊息和處理器佇列長度。

其實最早的L3快取被套用在AMD發布的K6-III處理器上,當時的L3快取受限于製造工藝,並沒有被集成進晶片內部,而是集成在主機板上。在隻能夠和系統匯流排頻率同步的L3快取同主記憶體其實差不了多少。後來使用L3快取的是英特爾為伺服器市場所推出的Itanium處理器。接著就是P4EE和至強MP。Intel還打算推出一款9MB L3快取的Itanium2處理器,和以後24MB L3快取的雙核心Itanium2處理器。

但基本上L3快取對處理器的性能提高顯得不是很重要,比方配備1MB L3快取的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對手,由此可見前端匯流排的增加,要比快取增加帶來更有效的性能提升。

擴展指令集

CPU依靠指令來自計算和控製系統,每款CPU在設計時就規定了一系列與其硬體電路相配合的指令系統。指令的強弱也是CPU的重要指標,指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。

從現階段的主流體系結構講,指令集可分為復雜指令集和精簡指令集兩部分(指令集共有四個種類),而從具體運用看,如Intel的MMX(Multi Media Extended,此為AMD猜測的全稱,Intel並沒有說明詞源)、SSE、SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)、SSE3、SSE4系列和AMD的3DNow!等都是CPU的擴展指令集,分別增強了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。

通常會把CPU的擴展指令集稱為”CPU的指令集”。SSE3指令集也是目前規模最小的指令集,此前MMX包含有57條命令,SSE包含有50條命令,SSE2包含有144條命令,SSE3包含有13條命令。

工作電壓

從586CPU開始,CPU的工作電壓分為核心電壓和I/O電壓兩種,通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中核心電壓的大小是根據CPU的生產工藝而定,一般製作工藝越小,核心工作電壓越低;I/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題。

常見問題

CPU使用率高的原因及解決方法

1、當機器慢下來的時候,首先我們想到的當然是開啟任務管理器了,看看到底是哪個程式佔了較高的比例,如果是某個大程式那還可以原諒,在關閉該程式後隻要CPU正常了那就沒問題;如果不是,那你就要看看是什麽程式了,當你查不出這個進程是什麽的時候就去google或者baidu搜。有時隻結束是沒用的,在xp下我們可以結合msconfig裏的啓動項,把一些不用的項給關掉。在2000下可以去下個winpatrol來用。

2、一些常用的軟體,比如流覽器佔用了很高的CPU,那麽就要升級該軟體或者幹脆用別的同類軟體代替,有時軟體和系統會有點不兼容,當然我們可以試下xp系統下給我們的那個兼容項,右鍵點該.exe檔案選兼容性。

3、 svchost.exe有時是比較頭痛的,當你看到你的某個svchost.exe佔用很大CPU時你可以去下個aports或者fport來檢察其對應的程式路徑,也就是什麽東西在調用這個svchost.exe,如果不是C:Windowssystem32(xp)或C:winntsystem32(2000)下的,那就可疑。升級防毒軟體防毒吧。

4、右擊檔案導致100%的CPU佔用我們也會遇到,有時點右鍵停頓可能就是這個問題了。官方的解釋:先點左鍵選中,再右鍵(不是很理解)。非官方:通過在桌面點右鍵-屬性-面板-效果,取消“為選單和工具提示使用下列過度效果(U)”來解決。還有某些防毒軟體對檔案的監控也會有所影響,可以關閉防毒軟體的檔案監控;還有就是對網頁,外掛程式,郵件的監控也是同樣的道理。

5、 一些驅動程式有時也可能出現這樣的現象,最好是選擇微軟識別的或者是官方發布的驅動來裝,有時可以適當的升級驅動,不過記得最新的不是最好的。

6、CPU降溫軟體,由于軟體在運行時會利用所以的CPU空閒時間來進行降溫,但Windows不能分辨普通的CPU佔用和降溫軟體的降溫指令之間的區別,因此CPU始終顯示100%,這個就不必擔心了,不影響正常的系統運行。

7、 在處理較大的word檔案時由于word的拼寫和文法檢查會使得CPU累,隻要開啟word的工具-選項-拼寫和文法把“檢查拼寫和檢查文法”勾去掉。

8、單擊avi影片檔案後CPU佔用率高是因為系統要先掃描該檔案,並檢察檔案所有部分,並建立索引。解決辦法:右擊儲存影片檔案的資料夾-屬性-常規-高級,去掉為了快速搜尋,允許索引服務編製該資料夾的索引的勾。

溫度過高

1、關機斷電靜止一段時間後再嘗試安裝。

CPUCPU

2、處理機箱內部灰塵,增強散熱。

3、調節外部環境,比如筆記本使用散熱風扇,開空調、開風扇降低室內溫度等。

CPU佔用

1、開啟任務管理器結束系統病毒進程“services.exe”。

2、使用防毒軟體查找病毒並移除。

3、進入Winnt/system32或Windows/system32目錄中,找到檔案services.exe並將其移除。

CPU佔用100%CPU佔用100%

4、按Win+R鍵開啟運行,輸入regedit,開啟註冊表編輯器。

5、依次展開至:HKEY_LOCAL_MACHNE\Software\Microsoft\Windows\Current\Run,然後在右側中找到service =%Windir%/services.exe –serv並移除即可。

概括

第五代電腦的CPU由電路板,韌體,電晶體,針腳,金屬包裝,一級快取,二級快取,三級快取,組成,常用有3類,第一是X86和AMD64架構的CPU,第二類是ARMv7架構的CPU,第三是微處理器,位數通常小于16位,在很多電器中都有微處理器。

主流CPU快取一般都是這樣的:256KB 1級快取,512KB 2級快取,4096 KB 三級快取

CPU和快取頻率都有比例

CPU頻率並不代表性能,但是他排名第二,最大影響是架構,一分錢一分貨

CPU頻率可以被變更,電壓可以被改----超頻,降頻,加壓,降壓。

CPU發熱量和頻率,電壓有關系

AMD的CPU頻率高,電壓高,架構一般,性價比高

INTEL的CPU頻率中,電壓低,架構優秀,價格高

Cortex的CPU頻率低,電壓特低,架構差,價格低

若要對CPU下詔書,要學會bat批處理,做正式程式至少要學C語言,優秀程式要學C++,但是,一般人隻依靠下載軟體,推薦:安全軟體360衛士,聊天QQ,輸入法搜狗,360極速遊覽器

CPU不知道處理的是數位還是字母

​使用率高

方法一:

按Win按鈕,輸入regedit回車開啟註冊表編輯器,展開以下位置:

CPUCPU

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TimeBroker

在右側找到start,將其值從3改為4。

要提醒的是,修改這一值會影響到Cortana的性能,它是導致CPU超高佔用的可能原因之一。如果你不使用Cortana的話,可以參考這個方法。

方法二:

導致CPU佔用的另一個原因可能是後台用于更新的P2P分享服務,你可以選擇關閉P2P分享。方法:開啟系統設定—更新和安全—Windows更新—高級選項—選擇如何提供更新,將“更新來自多個位置”關閉即可。

方法三:

如果你使用的是Win10家庭版系統,並且啓用了Windows聚焦(Spotlight)功能,可能是該功能的後台服務導致CPU佔用超高。開啟系統設定—個性化—鎖屏介面,選擇其他背景模式。

方法四:

Windows提示功能也可能會導致CPU佔用居高,該功能會根據使用者的操作習慣推送一些有關系統功能特徵的通知,如果你已經非常熟悉Win10,可以將其關閉。開啟系統設定—系統—通知和操作,關閉“顯示有關Windows的提示”。

相關詞條

相關搜尋