CPU总结

2024年1月14日发(作者：)

CPU调查情况报告

一、……………………………………………………什么是CPU

二、

1.解码

一、什么是CPU

中央处理器（英文Central Processing Unit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。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。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。 CPU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，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

二、发展历史

1971年: 4004 微处理器

Intel在1969年为日本计算机制造商Busicom的一项专案，着手开发第一款微处理器，为一系列可程式化计算机研发多款晶片。最终，英特尔在1971年11月15日向全球市场推出4004微处理器，当年Intel 4004处理器每颗售价为200美元。4004 是英特尔第一款微处理器，为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定发展基础，其晶体管数目约为2千3百颗。

1972年: 8008 微处理器

翌年，Intel推出8008微处理器，其运算威力是4004的两倍。Radio Electronics于1974年刊载一篇文章介绍一部采用8008的Mark-8装置，被公认是第一部家用电脑，在当时的标准来看，这部电脑在制造、维护、与运作方面都相当困难。Intel 8008晶体管数目约为3千5百颗。

1974年: 8080 微处理器

1974年，Intel推出8080处理器，并作为Altair个人电脑的运算核心，Altair在《星舰奇航》电视影集中是企业号太空船的目的地。电脑迷当时可用395美元买到一组Altair的套件。它在数个月内卖出数万套，成为史上第一款下订后制造的机种。Intel

8080晶体管数目约为6千颗。

1978年: 8086、8088 微处理器

取得IBM新成立之个人电脑部门敲定的重要销售合约，让Intel 8088处理器成为IBM新款畅销产品 ，IBM个人电脑的大脑，Intel 8088处理器的成功将英特尔拱上财富杂志500大企业排行榜，财富杂志将英特尔评为 “70年代最成功的企业”之一。Intel 8088晶体管数目约为29,000。

1982年: 80286 微处理器

80286(也被称为286)是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器，这种软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标，在6年的销售期中，估计全球各地共安装了

1500万部286个人电脑。Intel 80246处理器晶体管数目为13万4千颗。

1985年: 80386 微处理器

Intel 80386微处理器内含275,000 个晶体管—比当初的4004多了100倍以上，这款32位元处理器首次支持多工任务设计，能同时执行多个程序。Intel 80386晶体管数目约为27万5千颗。

1989年: Intel 80486微处理器

Intel 80486处理器世代让电脑从命令列转型至点选式(point

to click)的图形化操作环境，据史密森美国历史博物馆的科技史学家David K. Allison回忆道：“当时我拥有第一部彩色萤幕电脑，开始能以大幅加快的速度进行桌面排版作业。”Intel 80486处理器率先内建数学协同处理器，由于能扮演中央处理器处理复杂数学运算，因此能加快整体运算的速度。Intel 80486晶体管数目为120万颗。

1993年: Intel Pentium 处理器

Pentium是Intel首个放弃利用数字来命名的处理器产品，在微架构上取得突破，让电脑更容易处理 “现实世界”的资料，例如语音、声音、书写、以及相片影像。源自漫画与电视脱口秀的Pentium，在问市后立即成为家喻户晓的名字，Intel Pentium处理器晶体管数目为310万颗。

1997年: Intel Pentium II 处理器

内含750万个晶体管的Pentium II处理器结合了Intel MMX技术，能以极高的效率处理影片、音效、以及绘图资料，首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封装，内建了高速快取记忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、编辑、以及透过网际网络和亲友分享数位相片、编辑与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用视讯电话以及透过标准电话线与网际网络传送影片，Intel Pentium II处理器晶体管数目为750万颗。

1999年: Intel Pentium III 处理器

Intel Pentium III 处理器加入70个新指令，加入网际网络串流SIMD延伸集称为MMX，能大幅提升先进影像、3D、串流音乐、影片、语音辨识等应用的性能，它能大幅提升网际网络的使用经验，让使用者能浏览逼真的线上博物馆与商店，以及下载高品质影片，Intel首次导入0.25微米技术，Intel Pentium III晶体管数目约为950万颗。

2000年: Intel Pentium 4 处理器

采用Pentium 4处理器内建了4200万个晶体管，以及采用0.18微米的电路，首款微处理器Intel 4004的运作频率为108KHz，Pentium 4初期推出版本的速度就高达1.5GHz，若汽车速度在同一时期以相同的速度向上攀升，从旧金山开车到纽约

仅仅需要13秒，Pentium 4处理器晶体管数目约为4200万颗，翌年8月，Pentium 4 处理理达到2 GHz的里程碑。

2002年: Intel Pentium 4 HT处理器

英特尔推出新款Intel Pentium 4处理器内含创新的Hyper-Threading(HT)超线程技术。超线程技术打造出新等级的高性能桌上型电脑，能同时快速执行多项运算应用，或针对支持多重线程的软件带来更高的性能。超线程技术让电脑性能增加25%。除了为桌上型电脑使用者提供超线程技术外，英特尔也达成另一项电脑里程碑，就是推出运作频率达3.06 GHz的Pentium 4处理器，是首款每秒执行30亿个运算周期的商业微处理器，如此优异的性能要归功于当时业界最先进的0.13微米制程技术，翌年，内建超线程技术的Intel Pentium 4处理器频率达到3.2 GHz。

2005: Intel Pentium D 处理器

首颗内含2个处理核心的Intel Pentium D 处理器登场，正式揭开x86处理器多核心时代。

2006年: Intel Core 2 Duo处理器

Core微架构桌面处理器，核心代号Conroe将命名为Core 2

Duo/Extreme家族，其E6700 2.6GHz型号比先前推出之最强的Intel Pentium D 960 (3.6GHz)处理器，在性能方面提升了40%，省电效率也增加40%，Core 2 Duo处理器内含2.91亿个晶体管。

三、性能指标

主频

主频也叫时钟频率，单位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用来表示CPU的运算、处理数据的速度。

CPU的主频=外频×倍频系数。主频和实际的运算速度存在一定的关系，但并不是一个简单的线性关系。 所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，也可以看到这样的例子：1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz至强（Xeon）/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium

2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等等各方面的性能指标。

外频

外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。通俗地说，在台式机中，所说的超频，都是超CPU的外频（当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的）相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，（台式机很多主板都支持异步运行）这样会造成整个服务器系统的不稳定。

目前的绝大部分电脑系统中外频与主板前端总线不是同步速度的，而外频与前端总线(FSB)频率又很容易被混为一谈。

前端总线(FSB)频率

前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽=(总线频率×数据位宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。

外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。

其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。IA-32架构必须有三大重要的构件：内存控制器Hub (MCH) ,I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片组Intel 7505芯片组，为双至强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线带宽可达到4.3GB/秒。但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题，而且更有效

地提高了总线带宽，比方AMD Opteron处理器，灵活的HyperTransport I/O总线体系结构让它整合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话，前端总线(FSB)频率在AMD Opteron处理器就不知道从何谈起了。

倍频系数

倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高主频而得到高倍频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应－CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，少量的如Intel 酷睿2核心的奔腾双核E6500K和一些至尊版的CPU不锁倍频，而AMD之前都没有锁，现在AMD推出了黑盒版CPU（即不锁倍频版本，用户可以自由调节倍频，调节倍频的超频方式比调节外频稳定得多）。

缓存

缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实

际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。

L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32－256KB。

L2 Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，以前家庭用CPU容量最大的是512KB，现在笔记本电脑中也可以达到2M，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高，可以达到8M以上。

L3 Cache(三级缓存)，分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用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。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子

系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。

其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2处理器，和以后24MB

L3缓存的双核心Itanium2处理器。

但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。

制造工艺

制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。现在主要的180nm、130nm、90nm、65nm、45纳米。intel已经于2010年发布32纳米的制造工艺的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列。并且已有发布22nm与15nm产品的计划。

而AMD则表示、自己的产品将会直接跳过32nm工艺（2010年第三季度生产少许32nm产品、如Orochi、Llano）于2011年中期初发布28nm的产品（APU）

四、现今主流CPU

系列

1.1Intel 酷睿系列I3

1.1.1 Intel 酷睿i3 2100

1.1.2 Intel 酷睿i3 2120

1.1.3 Intel 酷睿i3 2105

1.1.4 Intel 酷睿i3 2100T

1.2Intel 酷睿系列I5

1.2.1 Intel 酷睿i5 2310

1.2.2 Intel 酷睿i5 2300

1.2.3 Intel 酷睿i5 2320

1.2.4 Intel 酷睿i5 2400

1.2.5 Intel 酷睿i5 2500

1.2.6 Intel 酷睿i5 2500K

1.3 Intel 酷睿系列I7

1.3.1 Intel 酷睿i7 2600

1.3.2 Intel 酷睿i7 2700K

1.3.3 Intel 酷睿i7 3930K

1.3.4 Intel 酷睿i7 3960X

系列

2.1AMD 羿龙II X2 555

2.2AMD 羿龙II X2 550

2.3AMD 羿龙II X3 B75

2.4AMD 羿龙II X3 720

2.5AMD 羿龙II X2 560

2.6AMD 羿龙II X2 545

2.7AMD 羿龙II X4 955

2.8AMD 羿龙II X4 965

2.9AMD 羿龙II X6 1055T

2.10AMD 羿龙II X6 1090T

2.11AMD 羿龙II X4 955

2.12AMD 羿龙II X6 1100T

2.13AMD 羿龙 II X4 975

2.14AMD 羿龙II X4 965

2.15AMD 羿龙II X4 910e

2.16AMD 羿龙II X6 1100T

2.17AMD 羿龙II X4 925

2.18AMD 羿龙II X6 1055T

2.19AMD 羿龙II X4 905e

2.20AMD 羿龙II X4 900e

2.21AMD 羿龙II X6 1055T

2.22AMD 羿龙II X4 925

2.23AMD 羿龙II X6 1090T