文档介绍：第3章中央处理器
本章较详细地介绍了PC兼容机使用的Intel、AMD和Cyrix系列的32位微处理器(CPU)的性能和特点。
CPU的技术指标和封装
过去的32位Intel处理器
目前的Intel处理器
AMD和Cyrix处理器
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CPU的技术指标和封装
CPU的基本构成和性能
中央处理器CPU ( Central Processing Unit)是一块超大规模集成电路芯片,它的内部是由几十万个(Intel 80386)到几千万个(Intel Pentium 4)晶体管元件组成的十分复杂的电路,其中包括运算器、寄存器、控制器和总线(数据、控制、地址总线)等。它通过执行指令来进行运算和控制系统,它是整个微机系统的核心。以Pentium Ⅱ为例,CPU的内部构成如图3-1所示。
图3-1 奔腾二的内部结构
PC兼容机使用最多的CPU是Intel、AMD(Advanced Micro Devices , Inc.)和Cyrix公司的产品。从Intel 80386开始,都是高性能、高速度、32位数据处理的所谓“第四代”CPU,前三代分别为4位、8位和16位处理器。Pentium是“第五代”CPU,Pentium Ⅱ、Ⅲ是“第六代”CPU,Pentium 4是“第七代”CPU。图3-2是将Pentium Ⅲ处理器的电路、外壳、散热片和风扇等各部分分解开来的照片。
图3-2 Pentium Ⅲ处理器
CPU的主要技术指标和特点
CPU的字长通常是指其数据总线宽度,单位是二进制的位(bit)。它是CPU数据处理能力的重要指标,反映了CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等,因此常常以字长位数来称呼CPU。
CPU的总线是指CPU芯片与外部连接的总线,由其引脚引出,包括数据线(Data Bus)、地址线(Address Bus)和控制线(Control Bus)三组。
CPU的主频是指CPU的工作时钟频率,单位是MHz,目前已晋升为GHz(1GHz=1000MHz),它是CPU速度的重要指标,通常标注在CPU表面的型号中。为了将高主频的CPU与较低时钟频率的主板相匹配,CPU主频采用了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟频率的方法。CPU输入时钟称为外频,常取为主板系统总线的频率。
CPU的运算速度是指其每秒钟能够处理的指令数,单位为MIPS(百万指令每秒)。这个指标是CPU速度的本质指标,它不光取决于主频,更主要地取决于CPU处理指令的逻辑结构。即使在同样主频下,不同档次的CPU其运算速度也有成倍的差别。
以前的286或386系统,在用于数学和图形处理时,为了加快复杂运算速度和减少CPU的负担,可以在主板上另行安装一个叫做80287或80387的数学浮点协处理器。在486以上的CPU,则把这个协处理器集成到CPU芯片内部,叫做内部浮点处理器(Floating Point Unit,FPU),因而大大提高了CPU的运算速度。
以前的系统,为了解决主机中低速内存与高速CPU的不匹配,加快CPU对内存的访问速度,采用了在CPU和内存间插入高速缓冲存储器(Cache)的方法,Cache存储器安装在主板上,称为外部Cache(External Cache)。从486CPU开始,处理器内部也包含了Cache,486是8KB,pentium是16KB。加上主板上的Cache,便构成二级Cache结构,CPU内的称为L1 Cache,CPU外主板上的称为L2 Cache。从Pentium Ⅱ开始,CPU除了包含核心芯片内的32KB的L1 Cache,还包括CPU板上分立的512KB的L2 Cache。再加上主板上512KB的L2 Cache,便构成三级Cache结构。
CPU是靠执行指令来计算和控制系统的。每种CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统,包括几十或几百条指令。指令系统功能的强弱是CPU的重要指标。Intel的MMX(Multi Media Extended)、AMD的3DNow!和Intel的SSE(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions)等都是新增的特殊指令集,分别增强了CPU的多媒体、等处理能力。
,称为单电压CPU。而现在的CPU一般都采用双电压供电,CPU核心用低电压,它的I/O电路则用较高的电压,既保证了电路的驱动能力和可靠