中央处理器的发展

中央处理器的发展CPU的英文全称是CentralProcessingUnit，意思是中央处理单元，我们通常也称之为中央处理器。CPU是电脑中最重要的核心组件。通常，一块CPU都要包含运算/逻辑单元、控制单元和寄存器这三部分，这些单元都被集成在一块面积不大的硅晶片中。要了解CPU，首先要了解一些CPU方面的术语，拿这颗Intel新推出的P42.8E（图1）来看，它的一些参数已经在金属外壳上刻有了，2.80GHz/1M/800分别代表CPU的主频、二级缓存和前端总线频率。主频就是这颗CPU的工作频率，一般来说主频越高CPU的速度越快，性能也就越强，主频、倍频和外频之间有一个换算关系：主频＝外频×倍频。这颗CPU的外频是200MHz，于是我们可以推算出它的倍频应该是14。缓存是很重要的一个指标，Intel通常按照二级缓存的多少来划分Pentium和Celeron，通常两者之间有一倍的差距。前端总线（FSB）在IntelP4系列CPU中和外频之间也有个换算关系：前端总线频率（FSB）＝外频×4，所以通过这里给出的800MHz，我们可以推算出外频为200MHz。目前，市面上的CPU主要是Intel和AMD两家公司的，下面我们从这两个公司的发展旅程来看看CPU的发展。CPU双雄：Intel&AMD一、早期的CPU早期我们接触的电脑，大部分使用的是Intel的处理器，386、486其实说的就是CPU的型号。例如486是指CPU为Intel80486（图2）处理器的电脑，Intel的处理器价格昂贵，并不是每个人都能够买得起的，当时一台普通的486电脑售价接近10000RMB。这个时候的AMD公司一直都在努力仿照Intel的CPU，推出一系列与之兼容的处理器，而且采取和Intel同样的命名方式，也取名叫386、486。二、Pentium与K5出现1993年3月，Intel发布了继80486之后的又一款CPU，并正式取名为Pentium（奔腾），俗称“586”。最初有Pentium60和Pentium66两款产品，后面的数字代表CPU的主频。94年至96年，Intel又分别将主频从75MHz提升到200MHz。所有的Pentium系列都内置了16KB的一级缓存，二级缓存集成在主板上。AMD公司为了与Pentium系列的处理器抗衡，也推出了自己的K5系列CPU。K5系列的处理器集成了24KB一级缓存，比Pentium系列多出了50％，在整体性能方面K5要高过同频的Pentium。三、PentiumMMX与K6时代1996年底，PentiumMMX上市了（图3），这是另一款有划时代意义的处理器，它一共包括3种主频：166/200/233MHz。Intel将一级缓存增加到32KB，CPU接口也固定为Socket7。PentiumMMX和上一代产品主要的区别就在这个MMX上，它包含57条指令，很快就成为了玩家的最爱。第二年春，AMD公司摆脱了Intel处理器的影响，自己推出了新一代的K6系列。主频从166MHz一直到300MHz，外频仍然不变，还是66MHz。一级缓存增加到64KB，又超越了Intel的MMX，看来缓存一直都是两家争夺的焦点。四、PentiumⅡ与K6-2推出由于AMD的K6系列价格便宜，而且性能也不差，使得MMX的销量举步维艰，为此，Intel在1997年推出了PentiumⅡ处理器，这无疑又是扔给AMD的一枚重磅炸弹。由于在制造工艺上有不小的改进，PentiumⅡ的最高频率一度达到了450MHz。为了抵制住PentiumⅡ的强大优势，98年中，AMD推出了K6-2处理器（图4），这也是AMD第一次在处理器中添加了指令集3DNow！，此时Intel也感觉到了危机。在AMD的强大攻势下，CPU的低端市场已经开始向AMD和另一家CPU公司Cyrix倾斜。Intel再也不能坐视不管了。于是在同年，Intel将PentiumⅡ的核心进行简化，推出了新系列产品——Celeron系列处理器来力保低端市场。Celeron1采用PentiumⅡ的核心，接口形式有Slot1和Socket370接口。频率从300MHz一直到500MHz。良好的超频性能和低廉的售价，Intel终于靠Celeron收复了低端市场。五、PentiumⅢ与Athlon发布继PentiumⅡ之后，Intel接着发布了下一代PentiumⅢ处理器，起初它采用PentiumⅡ一样的接口，但为了和Socket370主板兼容，之后又推出了Socket370接口的PentiumⅢ。频率从450MHz起跳，外频为100MHz。1GHz以上的PentiumⅢ称为图拉丁核心的PⅢ（图5），外频从100MHz上升到133MHz。AMD就研发了与之抗衡的K6-Ⅲ处理器，定位高端的K6-Ⅲ最终没有挑起狙击PentiumⅢ的大任。不久，AMD发布了它强大的秘密武器：K7系列处理器，并取了个好听的名字：Athlon。起先Athlon处理器是SlotA接口（图6），频率从500起跳，并在主频上超越了当时的Intel处理器，从这时起，AMD的CPU在主频方面占据了优势。面对低端市场，IntelCeleron2和Celeron3也应运而生。为了同Intel争夺市场，AMD在高端推出了全新内核的新Athlon处理器，中文名叫做雷鸟，低端推出了毒龙系列处理器。六、Pentium4与Athlon64到来Intel在图拉丁PⅢ处理器后给大家带来的却是一款性能低下的新产品，这就是Socket423的Pentium4（图7），1.4GHz的Pentium4性能上还不如1.2GHz的Celeron3，最后只好草草收场。与此同时，AMD公司继雷鸟之后又发布了一新款处理器，这就是采用了Palamino核心的AthlonXP处理器，AthlonXP采用新的制造工艺，主频从1.3GHz起跳，外频为133MHz，256KB二级缓存，由于在频率上落后于Intel的Pentium4，所以AMD在新的处理器上采用PR值的标注方式，即1.3GHz的AthlonXP标注为1500+，意思是可以和P41.5GHz或是老核心的雷鸟1.5GHz相抗衡。Intel在Socket423后发布的是Socket478的Willamette核心和Northwood核心（图8）的Pentium4，Willamette核心的CPU具有100MHz的外频和400MHz的前端总线，并集成了256KB的二级缓存。而Northwood核心将二级缓存提升到512KB，外频从100MHz起到200MHz结束，前端总线也达到了惊人的800MHz。这个时候，Intel在频率上大做文章，目前的CPU频率已经到达了3.6GHz，新一代Prescott核心的CPU随之推出，其二级缓存从原来的512KB增加到了1MB，和前者不同的是Prescott核心的CPU具有31级的流水线，而Northwood只有20级，理论上Prescott的CPU能够达到5GHz的主频；在低端方面Intel则随之推出了Celeron4，占有很大的市场份额。AMD方面也不甘示弱，继Palamino核心之后，又推出了Barton核心（图9）的处理器，目前性价比最高的XP2500＋采用的就是这个核心。最值得一提的是AMD之后发布的64位的处理器Athlon64，一级缓存为128KB，二级缓存从256KB到1MB，虽然在频率方面输于Intel的高端CPU，但是执行效能却一度超过了Intel的P4CPU。如何选择CPU有人总是问，我究竟买Intel的CPU好呢，还是AMD的好？一些论坛上也为此争论不休。这里笔者谈谈自己的看法。从性能和稳定性综合来考虑的话，Intel的P4系列CPU是最好的选择，不过你要准备足够的钱；如果你追求性能，但又要将省下的钱另做他投，那最好选择AthlonXP系列的产品；如果你追求稳定、性能其次（这大部分是网吧用户），那最好选择Celeron4的产品；如果要尝尝鲜，AMD的Athlon64是不错的选择。