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第1章 中央处理器（CPU） 主要内容 基本简介 组成结构 运作原理 性能指标 发展历程 生产厂商 基本简介 中央处理器（Central Processing Unit）的缩写，即CPU，CPU是电脑中的核心配件，只有火柴盒那么大，几十张纸那么厚，但它却是一台计算机的运算核心和控制核心。 电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。 基本简介 CPU的标准化和小型化都使得这一类数字设备在现代生活中的出现频率远远超过有限应用专用的计算机。现代微处理器出现在包括从汽车到手机到儿童玩具在内的各种物品中。 组成结构 CPU主要由以下三部分组成： 运算逻辑部件 执行定点或浮点的算术运算操作、移位操作以及逻辑操作。 寄存器部件 包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 控制部件 主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。 工作原理 中央处理器从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。 工作原理 提取 从存储器或高速缓冲存储器中检索和提取指令。 解码 将指令被拆解为有意义的片断，主要是获知操作码和操作数。 执行 进行实际的运算，得到结果。 写回 以一定格式将执行阶段的结果写回，放入CPU内部的暂存器。 性能指标 主频 也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。 外频 CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。 主频=外频*倍频系数 位和字长 “0” 或“1”为一位，CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。 性能指标 缓存 一级缓存 第一层高速缓存，一般是和处理器同频运作，结构复杂，容量小，一般在32—256KB 二级缓存 也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU单核容量可达到256KB(Intel)-1MB(AMD)。 性能指标 缓存（续） 三级缓存 可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。目前配备L3的容量从3M～8M不等。 测试软件 CPU-Z 发展历程 X86时代的CPU 1971年，INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004，虽然功能相当有限，而且速度很慢，但是它是划时代的产品。 1982年，INTEL推出了80286芯片。到1989年，陆续推出了80386,80486。时钟频率从6MHz逐步提高到50MHz、66MHz和100MHz。 发展历程 奔腾时代的CPU-开端 INTEL在1993年推出了全新一代的高性能处理器——奔腾，时钟频率由最初推出的60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ，内置了16K的一级缓存。 AMD公司也推出了K5系列的CPU ，内置了24KB的一级缓存。在整数运算和系统整体性能方面甚至要高于同频率的奔腾。但k5系列的交付日期一再后拖，最终还是败给了INTEL。 发展历程 奔腾时代的CPU-开端（续） INTEL在1996年推出了奔腾 Pro。Pentium Pro系列的工作频率是150/166/180/200，一级缓存都是16KB，而前三者都有256KB的二级缓存。 尽管Pentium Pro性能不错，但远没有达到抛离对手的程度，加上价格十分昂贵，实际上出售的数目非常少，市场生命也非常短，Pentimu Pro可以说是Intel第一个失败的产品。 发展历程 奔腾时代的CPU-辉煌的开始 在1996年底INTEL推出了奔腾 MMX（多能奔腾）。芯片内的L1增加到32KB，处理多媒体的能力上提高了60％左右，开创了CPU开发的新纪元。 几个月后，AMD也推出了自己研制的新产品K6。一级缓存都提高到了64KB ,它的商业性能甚至还优于奔腾 MMX，但由于缺少了多媒体扩展指令集,K6的多媒体性能要逊于奔腾 MMX。 发展历程 奔腾时代的CPU-优势的确立 1997年5月，INTEL又推出了影响力最大的CPU—奔腾 Ⅱ，其继承了原有奔腾 Pro处理器优秀的32位性能 ，从而达到了X86前所未有的时钟速度 ， L1高速缓存达到32KB，制造工艺也有很大提升。 为了对抗不可一世的奔腾 Ⅱ，在1998年中，AMD推出了K6-2处理器，一级缓存是64KB，开发了自己的多媒体指令集3DNow!。尽管广受好评，但始终没有能在市场占有率上战胜奔腾Ⅱ。 发展历程 奔腾时代的CPU-Celeron 1998年全新推出了面向低端市场，性能价格比相当厉害的CPU——Celeron，赛扬处理器。 Intel推出了集成128KB二级缓存的Cele