微處理器簡介

微處理器簡介自從人類1947年發(fā)明晶體管以來，50多年間半導體技術經歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產業(yè)所沒有的。半導體技術對整個社會產生了廣泛的影響，因此被稱為“產業(yè)的種子”。中央處理器是指計算機內部對數(shù)據(jù)進行處理并對處理過程進行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個半導體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱為“微處理器”。今天，微處理器已經無處不在，無論是錄像機、智能洗衣機、移動電話等家電產品，還是汽車引擎控制，以及數(shù)控機床、導彈精確制導等都要嵌入各類不同的微處理器。微處理器不僅是微型計算機的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設備的關鍵部件。國際上的超高速巨型計算機、大型計算機等高端計算系統(tǒng)也都采用大量的通用高性能微處理器建造。微處理器一般由下列部件組成：算術邏輯單元（ALU，ArithmeticLogicalUnit）；累加器和通用寄存器組；程序計數(shù)器（也叫指令指標器）；時序和控制邏輯部件；數(shù)據(jù)與地址鎖存器／緩沖器；內部總線。算術邏輯單元ALU主要完成算術運算（+、一、X、寧、比較）和各種邏輯運算（與、或、非、異或、移位）等操作。ALU是組合電路，本身無寄存操作數(shù)的功能，因而必須有保存操作數(shù)的兩個寄存器：暫存器TMP和累加器AC（），累加器既向ALU提供操作數(shù)，又接收ALU的運算結果。寄存器陣列實際上相當于微處理器內部的RAM,它包括通用寄存器組和專用寄存器組兩部分，通用寄存器（A,B，C，D）用來存放參加運算的數(shù)據(jù)、中間結果或地址。它們一般均可作為兩個8位的寄存器來使用。處理器內部有了這些寄存器之后，就可避免頻繁地訪問存儲器，可縮短指令長度和指令執(zhí)行時間，提高機器的運行速度，也給編程帶來方便。專用寄存器包括程序計數(shù)器PC（）、堆棧指示器SP（）和標志寄存器FR（），它們的作用是固定的，用來存放地址或地址基值。其中：A） 程序計數(shù)器PC用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址，因而它控制著程序的執(zhí)行順序。在順序執(zhí)行指令的條件下，每取出指令的一個字節(jié)，PC的內容自動加1。當程序發(fā)生轉移時，就必須把新的指令地址（目標地址）裝入PC,這通常由轉移指令來實現(xiàn)。B） 堆棧指示器SP用來存放棧頂?shù)刂?。堆棧是存儲器中的一個特定區(qū)域。它按“后進先出”方式工作，當新的數(shù)據(jù)壓入堆棧時，棧中原存信息不變，只改變棧頂位置，當數(shù)據(jù)從棧彈出時，彈出的是棧頂位置的數(shù)據(jù)，彈出后自動調正棧頂位置。也就是說，數(shù)據(jù)在進行壓棧、出棧操作時，總是在棧頂進行。堆棧一旦初始化（即確定了棧底在內存中的位置）后，SP的內容（即棧頂位置）使由CPU自動管理。C） 標志寄存器也稱程序狀態(tài)字（PSW）寄存器，用來存放算術、邏輯運算指令執(zhí)行后的結果特征，如結果為0時，產生進位或溢出標志等。定時與控制邏輯是微處理器的核心控制部件，負責對整個計算機進行控制、包括從存儲器中取指令，分析指令（即指令譯碼）確定指令操作和操作數(shù)地址，取操作數(shù)，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，送運算結果到存儲器或I／O端口等。它還向微機的其它各部件發(fā)出相應的控制信號，使CPU內、外各部件間協(xié)調工作。內部總線用來連接微處理器的各功能部件并傳送微處理器內部的數(shù)據(jù)和控制信號。必須指出，微處理器本身并不能單獨構成一個獨立的工作系統(tǒng)，也不能獨立地執(zhí)行程序，必須配上存儲器、輸入輸出設備構成一個完整的微型計算機后才能獨立工作。2.存儲器微型計算機的存儲器用來存放當前正在使用的或經常使用的程序和數(shù)據(jù)。存儲器按讀、寫方式分為隨機存儲器RAM（RandomAccessMemory）和只讀存儲器ROM（ReadonlyMemory）。RAM也稱為讀/寫存儲器，工作過程中CPU可根據(jù)需要隨時對其內容進行讀或寫操作。RAM是易失性存儲器，即其內容在斷電后會全部丟失，因而只能存放暫時性的程序和數(shù)據(jù)。ROM的內容只能讀出不能寫入，斷電后其所存信息仍保留不變，是非易失性存儲器。所以ROM常用來存放永久件的程序和數(shù)據(jù)。如初始導引程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入、輸出管理程序BIOS等。3?輸入/輸出接口電路（I/O接口）輸入／輸出接口電路是微型計算機的重要組成部件。他是微型計算機連接外部輸入、輸出設備及各種控制對象并與外界進行信息交換的邏輯控制電路。由于外設的結構、工作速度、信號形式和數(shù)據(jù)格式等各不相同，因此它們不能直接掛接到系統(tǒng)總線上，必須用輸入/輸出接口電路來做中間轉換，才能實現(xiàn)與CPU間的信息交換。I/O接口也稱I/O適配器，不同的外設必須配備不同的I/O適配器。/O接口電路是微機應用系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。任何一個微機應用系統(tǒng)的研制和設計，實際上主要是I/O接口的研制和設計。因此I/O接口技術是本課程討論的重要內容之一，我們將在第八章中詳細介紹。4.總線（BUS）總線是計算機系統(tǒng)中各部件之間傳送信息的公共通道，是微型計算機的重要組成部件。它由若干條通信線和起驅動，隔離作用的各種三態(tài)門器件組成。微型計算機在結構形式上總是采用總線結構，即構成微機的各功能部件（微處理器、存儲器、I/O接口電路等）之間通過總線相連接，這是微型計算機系統(tǒng)結構上的獨特之處。采用總線結構之后，使系統(tǒng)中各功能部件間的相互關系轉變?yōu)楦鞑考嫦蚩偩€的單一關系，一個部件（功能板/卡）只要符合總線標準，就可以連接到采用這種總線標準的系統(tǒng)中，從而使系統(tǒng)功能擴充或更新容易、結構簡單、可靠性大大提高。在微型計算機中，根據(jù)他們所處位置和應用場合，總線可被分為以下四級，如圖1.4所示。（1） 片內總線：它位于微處理器芯片內部，故稱為芯片內部總線。用于微處理器內部ALU和各種寄存器等部件間的互連及信息傳送（如圖1.3中的內部總線就是片內總線）。由于受芯片面積及對外引腳數(shù)的限制，片內總線大多采用單總線結構，這有利于芯片集成度和成品率的提高，如果要求加快內部數(shù)據(jù)傳送速度，也可采用雙總線或三總線結構。（2） 片總線：片總線又稱元件級（芯片級）總線或局部總線。微機主板、單扳機以及其它一些插件板、卡（如各種I/O接口板/卡），它們本身就是一個完整的子系統(tǒng)，板/卡上包含有CPU，RAM，ROM，I/O接口等各種芯片，這些芯片間也是通過總線來連接的，因為這有利于簡化結構，減少連線，提高可靠性，方便信息的傳送與控制。通常把各種板、卡上實現(xiàn)芯片間相互連接的總線稱為片總線或元件級總線。相對于一臺完整的微型計算機來說，各種板/卡只是一個子系統(tǒng)，是一個局部，故又把片總線稱為局部總線，而把用于連接微機各功能部件插卡的總線稱為系統(tǒng)總線。局部總線是一個重要的概念，我們將在第七章中討論。（3） 內總線：內總線又稱系統(tǒng)總線或板級總線。因為該總線是用來連接微機各功能部件而構成一個完整微機系統(tǒng)的，如圖1.2中所示，所以稱之為系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線是微機系統(tǒng)中最重要的總線，人們平常所說的微機總線就是指系統(tǒng)總線，如PC總線、AT總線（ISA總線）、PCI總線等。系統(tǒng)總線是我們要討論的重點內容之一。系統(tǒng)總線上傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息，因此，系統(tǒng)總線包含有三種不同功能的總線，即數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）、地址總線AB（AddressBus）和控制總線CB（ControlBus），如圖1.2中所示。數(shù)據(jù)總線DB用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線，即他既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲器或I/O接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是微型計算機的一個重要指標，通常與微處理的字長相一致。例如Intel8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。需要指出的是，數(shù)據(jù)的含義是廣義的，它可以是真正的數(shù)據(jù)，也可以指令代碼或狀態(tài)信息，有時甚至是一個控制信息，因此，在實際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定僅僅是真正意義上的數(shù)據(jù)。地址總線AB是專門用來傳送地址的，由于地址只能從CPU傳向外部存儲器或I/O端口，所以地址總線總是單向三態(tài)的，這與數(shù)據(jù)總線不同。地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內存空間大小，比如8位微機的地址總線為16位，則其最大可尋址空間為216=64KB,16位微型機的地址總線為20位，其可尋址空間為220=1MB。一般來說，若地址總線為n位，則可尋址空間為2n字節(jié)?？刂瓶偩€CB用來傳送控制信號和時序信號?？刂菩盘栔?，有的是微處理器送往存儲器和I/O接口電路的，如讀/寫信號，片選信號、中斷響應信號等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請信號、復位信號、總線請求信號、限備就緒信號等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號而定，一般是雙向的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要而定。實際上控制總線的具體情況主要取決于CPU。（4）外總線：也稱通信總線。用于兩個系統(tǒng)之間的連接與通信，如兩臺微機系統(tǒng)之間微機系統(tǒng)與其他電子儀器或電子設備之間的通信。常用的通信總線有IEEE-488總線，VXI總線和RS-232串行總線等。外總線不是微機系統(tǒng)本身固有的，只有微型機應用系統(tǒng)中才有。根據(jù)微處理器的應用領域，微處理器大致可以分為三類：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號處理器、微控制器。一般而言，通用處理器追求高性能，它們用于運行通用軟件，配備完備、復雜的操作系統(tǒng)；嵌入式微處理器強調處理特定應用問題的高性能，主要用于運行面向特定領域的專用程序，配備輕量級操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話、CD播放機等消費類家電；微控制器價位相對較低，在微處理器市場上需求量最大，主要用于汽車、空調、自動機械等領域的自控設備。CPU是CentralProcessingUnit（中央微處理器）的縮寫，它是計算機中最重要的一個部分，由運算器和控制器組成。如果把計算機比作人，那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速，個人電腦從8088（XT）發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium4時代，只經過了不到二十年的時間。從生產技術來說，最初的8088集成了29000個晶體管，而Pentiumlll的集成度超過了2810萬個晶體管；CPU的運行速度，以MIPS（百萬個指令每秒）為單位，8088是0.75MIPS，到高能奔騰時已超過了1000MIPS。不管什么樣的CPU，其內部結構歸納起來都可以分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分，這三個部分相互協(xié)調，對命令和數(shù)據(jù)進行分析、判斷、運算并控制計算機各部分協(xié)調工作。CPU從最初發(fā)展至今已經有二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及正在醞釀構建的64位微處理器，可以說個人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進的。［編輯本段］初期CPUIntel40041971年，英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004，這是第一個可用于微型計算機的四位微處理器，它包含2300個晶體管。隨后英特爾又推出了8008，由于運算性能很差，其市場反應十分不理想。1974年，8008發(fā)展成8080,成為第二代微處理器。8080作為代替電子邏輯電路的器件被用于各種應用電路和設備中，如果沒有微處理器,這些應用就無法實現(xiàn)。由于微處理器可用來完成很多以前需要用較大設備完成的計算任務，價格又便宜，于是各半導體公司開始競相生產微處理器芯片。Zilog公司生產了8080的增強型Z80,摩托羅拉公司生產了6800，英特爾公司于1976年又生產了增強型8085,但這些芯片基本沒有改變8080的基本特點，都屬于第二代微處理器。它們均采用NMOS工藝，集成度約9000只晶體管，平均指令執(zhí)行時間為1pS?2pS,采用匯編語言、BASIC、Fortran編程，使用單用戶操作系統(tǒng)。Intel80861978年英特爾公司生產的8086是第一個16位的微處理器。很快Zilog公司和摩托羅拉公司也宣布計劃生產Z8000和68000。這就是第三代微處理器的起點。8086微處理器最高主頻速度為8MHz,具有16位數(shù)據(jù)通道，內存尋址能力為1MB。同時英特爾還生產出與之相配合的數(shù)學協(xié)處理器i8087,這兩種芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些專門用于對數(shù)、指數(shù)和三角函數(shù)等數(shù)學計算的指令。人們將這些指令集統(tǒng)一稱之為x86指令集。雖然以后英特爾又陸續(xù)生產出第二代、第三代等更先進和更快的新型CPU,但都仍然兼容原來的x86指令，而且英特爾在后續(xù)CPU的命名上沿用了原先的x86序列，直到后來因商標注冊問題，才放棄了繼續(xù)用阿拉伯數(shù)字命名。1979年，英特爾公司又開發(fā)出了8088。8086和8088在芯片內部均采用16位數(shù)據(jù)傳輸，所以都稱為16位微處理器，但8086每周期能傳送或接收16位數(shù)據(jù)，而8088每周期只采用8位。因為最初的大部分設備和芯片是8位的，而8088的外部8位數(shù)據(jù)傳送、接收能與這些設備相兼容。8088采用40針的DIP封裝，工作頻率為6.66MHz、7.16MHz或8MHz,微處理器集成了大約29000個晶體管。8086和8088問世后不久，英特爾公司就開始對他們進行改進，他們將更多功能集成在芯片上，這樣就誕生了80186和80188。這兩款微處理器內部均以16位工作，在外部輸入輸出上80186采用16位，而80188和8088一樣是采用8位工作。1981年，美國IBM公司將8088芯片用于其研制的PC機中，從而開創(chuàng)了全新的微機時代。也正是從8088開始，個人電腦(PC)的概念開始在全世界范圍內發(fā)展起來。從8088應用到IBMPC機上開始,個人電腦真正走進了人們的工作和生活之中，它也標志著一個新時代的開始。Intel802861982年，英特爾公司在8086的基礎上，研制出了80286微處理器，該微處理器的最大主頻為20MHz，內、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位，使用24位內存儲器的尋址，內存尋址能力為16MB。80286可工作于兩種方式，一種叫實模式，另一種叫保護方式。在實模式下，微處理器可以訪問的內存總量限制在1兆字節(jié)；而在保護方式之下，80286可直接訪問16兆字節(jié)的內存。此外，80286工作在保護方式之下，可以保護操作系統(tǒng)，使之不像實模式或8086等不受保護的微處理器那樣，在遇到異常應用時會使系統(tǒng)停機。IBM公司將80286微處理器用在先進技術微機即AT機中，引起了極大的轟動。80286在以下四個方面比它的前輩有顯著的改進：支持更大的內存；能夠模擬內存空間；能同時運行多個任務；提高了處理速度。最早PC機的速度是4MHz，第一臺基于80286的AT機運行速度為6MHz至8MHz，一些制造商還自行提高速度，使80286達到了20MHz，這意味著性能上有了重大的進步。80286的封裝是一種被稱為PGA的正方形包裝。PGA是源于PLCC的便宜封裝，它有一塊內部和外部固體插腳，在這個封裝中，80286集成了大約130000個晶體管。IBMPC/AT微機的總線保持了XT的三層總線結構，并增加了高低位字節(jié)總線驅動器轉換邏輯和高位字節(jié)總線。與XT機一樣，CPU也是焊接在主板上的。那時的原裝機僅指IBMPC機，而兼容機就是除了IBMPC以外的其它機器。在當時，生產CPU的公司除英特爾外，還有AMD及西門子公司等,而人們對自己電腦用的什么CPU也不關心，因為AMD等公司生產的CPU幾乎同英特爾的一樣，直到486時代人們才關心起自己的CPU來。8086?80286這個時代是個人電腦起步的時代，當時在國內使用甚至見到過PC機的人很少，它在人們心中是一個神秘的東西。到九十年代初，國內才開始普及計算機。［編輯本段］從386到奔騰ntel803861985年春天的時候，英特爾公司已經成為了第一流的芯片公司，它決心全力開發(fā)新一代的32位核心的CPU—80386。Intel給80386設計了三個技術要點：使用“類286”結構，開發(fā)80387微處理器增強浮點運算能力，開發(fā)高速緩存解決內存速度瓶頸。1985年10月17日，英特爾劃時代的產品——80386DX正式發(fā)布了，其內部包含27.5萬個晶體管，時鐘頻率為12.5MHz,后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后還有少量的40MHz產品。80386DX的內部和外部數(shù)據(jù)總線是32位,地址總線也是32位,可以尋址到4GB內存，并可以管理64TB的虛擬存儲空間。它的運算模式除了具有實模式和保護模式以外，還增加了一種“虛擬86”的工作方式，可以通過同時模擬多個8086微處理器來提供多任務能力。80386DX有比80286更多的指令，頻率為12.5MHz的80386每秒鐘可執(zhí)行6百萬條指令，比頻率為16MHz的80286快2.2倍。80386最經典的產品為80386DX—33MHz,—般我們說的80386就是指它。由于32位微處理器的強大運算能力,PC的應用擴展到很多的領域，如商業(yè)辦公和計算、工程設計和計算、數(shù)據(jù)中心、個人娛樂。80386使32位CPU成為了PC工業(yè)的標準。雖然當時80386沒有完善和強大的浮點運算單元，但配上80387協(xié)處理器，80386就可以順利完成許多需要大量浮點運算的任務，從而順利進入了主流的商用電腦市場。另外，30386還有其他豐富的外圍配件支持，如82258（DMA控制器）、8259A（中斷控制器）、8272（磁盤控制器）、82385（Cache控制器）、82062（硬盤控制器）等。針對內存的速度瓶頸，英特爾為80386設計了高速緩存（Cache）,采取預讀內存的方法來緩解這個速度瓶頸，從此以后，Cache就和CPU成為了如影隨形的東西。Intel80387/80287嚴格地說，80387并不是一塊真正意義上的CPU，而是配合80386DX的協(xié)處理芯片，也就是說，80387只能協(xié)助80386完成浮點運算方面的功能，功能很單一。Intel80386SX1989年英特爾公司又推出準32位微處理器芯片80386SX。這是Intel為了擴大市場份額而推出的一種較便宜的普及型CPU，它的內部數(shù)據(jù)總線為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位,它可以接受為80286開發(fā)的16位輸入/輸出接口芯片，降低整機成本。80386SX推出后，受到市場的廣泛的歡迎，因為80386SX的性能大大優(yōu)于80286,而價格只是80386的三分之一。Intel80386SL/80386DL英特爾在1990年推出了專門用于筆記本電腦的80386SL和80386DL兩種型號的386芯片。這兩個類型的芯片可以說是80386DX/SX的節(jié)能型，其中，80386DL是基于80386DX內核，而80386SL是基于80386SX內核的。這兩種類型的芯片，不但耗電少，而且具有電源管理功能，在CPU不工作的時候，自動切斷電源供應。Motorola68000摩托羅拉的68000是最早推出的32位微微處理器，當時是1984年，推出后，性能超群，并獲得如日中天的蘋果公司青睞，在自己的劃時代個人電腦“PC—MAC”中采用該芯片。但80386推出后，日漸沒落。AMDAm386SX/DXAMD的Am386SX/DX是兼容80386DX的第三方芯片，性能上和英特爾的80386DX相差無己，也成為當時的主流產品之一。IBM386SLC這個是由IBM在研究80386的基礎上設計的，和80386完全兼容，由英特爾生產制造。386SLC基本上是一個在80386SX的基礎上配上內置Cache，同時包含80486SX的指令集，性能也不錯。Intel804861989年，我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由英特爾推出。這款經過四年開發(fā)和3億美元資金投入的芯片的偉大之處在于它首次實破了100萬個晶體管的界限，集成了120萬個晶體管，使用1微米的制造工藝。80486的時鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。80486是將80386和數(shù)學協(xié)微處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內。80486中集成的80487的數(shù)字運算速度是以前80387的兩倍，內部緩存縮短了微處理器與慢速DRAM的等待時間。并且，在80x86系列中首次采用了RISC（精簡指令集）技術，可以在一個時鐘周期內執(zhí)行一條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，大大提高了與內存的數(shù)據(jù)交換速度。由于這些改進，80486的性能比帶有80387數(shù)學協(xié)微處理器的80386DX性能提高了4倍。隨著芯片技術的不斷發(fā)展，CPU的頻率越來越快，而PC機外部設備受工藝限制，能夠承受的工作頻率有限，這就阻礙了CPU主頻的進一步提高。在這種情況下，出現(xiàn)了CPU倍頻技術，該技術使CPU內部工作頻率為微處理器外頻的2?3倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而來。Intel80486DX常見的80486CPU有80486DX—33、40、50。486CPU與386DX一樣內外都是32位的，但是最慢的486CPU也比最快的386CPU要快，這是因為486SX/DX執(zhí)行一條指令，只需要一個振蕩周期，而386DXCPU卻需要兩個周期。Intel80486SX因為80486DXCPU具有內置的浮點協(xié)微處理器，功能強大，當然價格也就比較昂貴。為了適應普通的用戶的需要，尤其是不需要進行大量浮點運算的用戶，英特爾公司推出了486SXCPU。80486SX主板上一般都有80487協(xié)微處理器插座，如果需要浮點協(xié)微處理器的功能，可以插上一個80487協(xié)微處理器芯片，這樣就等同于486DX了。常見的80486SXCPU有：80486SX—25、33。Intel80486DX2/DX4其實這種CPU的名字與頻率是有關的，這種CPU的內部頻率是主板頻率的兩/四倍，如80486DX2—66，CPU的頻率是66MHz，而主板的頻率只要是33MHz就可以了。Intel80486SLCPU80486SLCPU最初是為筆記本電腦和其他便攜機設計的，與386SL一樣，這種芯片使用3.3V而不是5V電源，而且也有內部切斷電路，使微處理器和其他一些可選擇的部件在不工作時，處于休眠狀態(tài)，這樣就可以減少筆記本電腦和其他便攜機的能耗，延長使用時間。Intel486OverDrive升級486SX可以在主板的協(xié)微處理器插槽上安裝一個80487SX芯片，使其等效于486DX，但是這樣升級后，只是增加了浮點協(xié)微處理器的能力，并沒有提高系統(tǒng)的速度。為了提高系統(tǒng)的速度，還有另外一種升級的方法，就是在協(xié)微處理器插槽上插上一個486OverDriveCPU，它的原理與486DX2CPU一樣，其內部操作速度可以是外部速度的兩倍。如一個20MHz的主板上安插了OverDriveCPU之后,CPU內部的操作速度可以達到40MHz0486OverDriveCPU也有浮點協(xié)微處理器的功能，常見的有：OverDrive—50、66、80。TI486DX作為全球知名的半導體廠商之一，美國德州儀器(TI)也在486時代異軍突起，它自行生產了486DX系列CPU,尤其在486DX2成為主流后，其DX2—80因較高的性價比成為當時主流產品之一，TI486最高主頻為DX4—100,但其后再也沒有進入過CPU市場。Cyrix486DLC這是Cyrix公司生產的486CPU,說它是486CPU,是指它的效率上逼近486CPU,卻并不是嚴格意義上的486CPU,這是由486CPU的特點而定的。486DLCCPU只是將386DXCPU與1KCache組合在一塊芯片里，沒有內含浮點協(xié)微處理器，執(zhí)行一條指令需要兩個振蕩周期。但是由于486DLCCPU設計精巧，486DLC—33CPU的效率逼近英特爾公司的486SX—25，而486DLC—40CPU則超過了486SX—25，并且486DLC—40CPU的價格比486SX—25便宜。486DLCCPU是為了升級386DM而設計的，如果原來有一臺386電腦，想升級到486,但是又不想更換主板，就可以拔下原來的386CPU,插上一塊486DLCCPU就可以了。Cyrix5x86自從英特爾另辟蹊徑，開發(fā)了Pentium之后，Cyrix也很快推出了自己的新一代產品5x86。它仍然延用原來486系列的CPU插座，而將主頻從100MHz提高到120MHz。5x86比起486來說性能是有所增加，可是比起Pentium來說，不但浮點性能遠遠不足，就連Cyrix一向自豪的整數(shù)運算性能也不那么高超，給人一種比上不足比下有余的感覺。由于5x86可以使用486的主板，因此一般將它看成是過渡產品。AMD5x86AMD486DX是AMD公司在486市場的利器，它內置16KB回寫緩存，并且開始了單周期多指令的時代，還具有分頁虛擬內存管理技術。由于后期TI推出了486DX2—80，價格非常低，英特爾又推出了Pentium系列，AMD為了搶占市場的空缺，推出了5x86系列CPU。它是486級最高主頻的產品，為5x86—120及133。它采用了一體的16K回寫緩存，0.35微米工藝，33X4的133頻率，性能直指Pentiun75,并且功耗要小于Pentium。IntelPentium1993年，全面超越486的新一代586CPU問世，為了擺脫486時代微處理器名稱混亂的困擾，英特爾公司把自己的新一代產品命名為Pentium(奔騰)以區(qū)別AMD和Cyrix的產品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86微處理器來對付芯片巨人，但是由于奔騰微處理器的性能最佳，英特爾逐漸占據(jù)了大部分市場。Pentium最初級的CPU是Pentium60和Pentium66，分別工作在與系統(tǒng)總線頻率相同的60MHz和66MHz兩種頻率下，沒有我們現(xiàn)在所說的倍頻設置。早期的奔騰75MHz?120MHz使用0.5微米的制造工藝，后期120MHz頻率以上的奔騰則改用0.35微米工藝。經典奔騰的性能相當平均，整數(shù)運算和浮點運算都不錯。IntelPentiumMMX為了提高電腦在多媒體、3D圖形方面的應用能力，許多新指令集應運而生，其中最著名的三種便是英特爾的MMX、SSE和AMD的3DNOW!。MMX(MultiMediaExtensions,多媒體擴展指令集)是英特爾于1996年發(fā)明的一項多媒體指令增強技術，包括57條多媒體指令，這些指令可以一次處理多個數(shù)據(jù)，MMX技術在軟件的配合下，就可以得到更好的性能。多能奔騰(PentiumMMX)的正式名稱就是“帶有MMX技術的Pentium”，是在1996年底發(fā)布的。從多能奔騰開始，英特爾就對其生產的CPU開始鎖倍頻了，但是MMX的CPU超外頻能力特別強，而且還可以通過提高核心電壓來超倍頻，所以那個時候超頻是一個很時髦的行動。超頻這個詞語也是從那個時候開始流行的。多能奔騰是繼Pentium后英特爾又一個成功的產品，其生命力也相當頑強。多能奔騰在原Pentium的基礎上進行了重大的改進，增加了片內16KB數(shù)據(jù)緩存和16KB指令緩存，4路寫緩存以及分支預測單元和返回堆棧技術。特別是新增加的57條MMX多媒體指令，使得多能奔騰即使在運行非MMX優(yōu)化的程序時，也比同主頻的PentiumCPU要快得多。這57條MMX指令專門用來處理音頻、視頻等數(shù)據(jù)。這些指令可以大大縮短CPU在處理多媒體數(shù)據(jù)時的等待時間，使CPU擁有更強大的數(shù)據(jù)處理能力。與經典奔騰不同，多能奔騰采用了雙電壓設計，其內核電壓為2.8V,系統(tǒng)I/O電壓仍為原來的3.3V。如果主板不支持雙電壓設計，那么就無法升級到多能奔騰。多能奔騰的代號為P55C，是第一個有MMX技術（整量型單元執(zhí)行）的CPU，擁有16KB數(shù)據(jù)L1Cache，16KB指令L1Cache，兼容SMM，64位總線，528MB/s的頻寬，2時鐘等待時間，450萬個晶體管，功耗17瓦。支持的工作頻率有:133MHz、150MHz、166MHz、200MHz、233MHz。IntelPentiumPro曾幾何時，PentiumPro是高端CPU的代名詞，PentiumPro所表現(xiàn)的性能在當時讓很多人大吃一驚，但是PentiumPro是32位數(shù)據(jù)結構設計的CPU，所以PentiumPro運行16位應用程序時性能一般，但仍然是32位的贏家，但是后來，MMX的出現(xiàn)使它黯然失色。PentiumPro（高能奔騰，686級的CPU）的核心架構代號為P6（也是未來PII、PIII所使用的核心架構）,這是第一代產品，二級Cache有256KB或512KB，最大有1MB的二級Cache。工作頻率有：133/66MHz（工程樣品），150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。AMDK5K5是AMD公司第一個獨立生產的x86級CPU,發(fā)布時間在1996年。由于K5在開發(fā)上遇到了問題，其上市時間比英特爾的Pentium晚了許多，再加上性能不好，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(shù)運算能力不如Cyrix的6x86，但是仍比Pentium略強，浮點運算能力遠遠比不上Pentium,但稍強于Cyrix。綜合來看,K5屬于實力比較平均的那一種產品。K5低廉的價格顯然比其性能更能吸引消費者，低價是這款CPU最大的賣點。AMDK6AMD自然不甘心Pentium在CPU市場上呼風喚雨，因此它們在1997年又推出了K6。K6這款CPU的設計指標是相當高的，它擁有全新的MMX指令以及64KBL1Cache（比奔騰MMX多了一倍），整體性能要優(yōu)于奔騰MMX,接近同主頻PII的水平。K6與K5相比，可以平行地處理更多的指令，并運行在更高的時鐘頻率上。AMD在整數(shù)運算方面做得非常成功，K6稍微落后的地方是在運行需要使用到MMX或浮點運算的應用程序方面，比起同樣頻率的Pentium要差許多。K6擁有32KB數(shù)據(jù)L1Cache,32KB指令L1Cache,集成了880萬個晶體管，采用0.35微米技術，五層CMOS,C4工藝反裝晶片，內核面積168平方毫米（新產品為68平方毫米），使用Socket7架構。Cyrix6x86/MXCyrix也算是一家老資格的CPU開發(fā)商了，早在x86時代，它和英特爾，AMD就形成了三雄并立的局面。自從Cyrix與美國國家半導體公司合并后，使它終于擁有了自己的芯片生產線，成品也日益完善和完備。Cyrix的6x86是投放到市場上與Pentium兼容的微處理器。IDTWinChip美國IDT公司（IntegratedDeviceTechnology）作為新加入此領域的CPU生產廠商，在1997年推出的第一個微微處理器產品是WinChip（即C6）,在整個CPU市場上所占的份額還不足1%。1998年5月，IDT宣布了它的第二代產品WinChip2。WinChip2在原有WinChip的基礎上作了一些改進，增加了一個雙指令的MMX單元，增強了浮點運算功能。改進后的WinChip2比相同頻率的WinChip性能提高約10%，基本達到IntelPentium微處理器的性能。IntelPentiumII1997年?1998年是CPU市場競爭異常激烈的一年，這一時期的CPU芯片異彩紛呈，令人目不暇接。PentiumII的中文名稱叫“奔騰二代”它有Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai等幾種不同核心結構的系列產品，其中第一代采用Klamath核心，0.35微米工藝制造，內部集成750萬個晶體管，核心工作電壓為2.8V。Pentium!微處理器采用了雙重獨立總線結構，即其中一條總線連通二級緩存，另一條負責主要內存。Pentium!使用了一種脫離芯片的外部高速L2Cache，容量為512KB，并以CPU主頻的一半速度運行。作為一種補償，英特爾將Pentium!的L1Cache從16KB增至32KB。另外，為了打敗競爭對手，英特爾第一次在PentiumI中采用了具有專利權保護的Slot1接口標準和SECC（單邊接觸盒）封裝技術。1998年4月16日，英特爾第一個支持100MHz額定外頻的、代號為Deschutes的350、400MHzCPU正式推出。采用新核心的PentiumI微處理器不但外頻提升至100MHz，而且它們采用0.25微米工藝制造，其核心工作電壓也由2.8V降至2.0V，L1Cache和L2Cache分別是32KB、512KB。支持芯片組主要是Intel的440BX。在1998年至1999年間，英特爾公司推出了比Pentium!功能更強大的CPU--Xeon（至強微處理器）。該款微處理器采用的核心和Pentium!差不多，0.25微米制造工藝，支持100MHz外頻。Xeon最大可配備2MBCache，并運行在CPU核心頻率下，它和Pentium!采用的芯片不同，被稱為CSRAM（CustomStaticRAM,定制靜態(tài)存儲器）。除此之外，它支持八個CPU系統(tǒng)；使用36位內存地址和PSE模式（PSE36模式），最大800MB/s的內存帶寬。Xeon微處理器主要面向對性能要求更高的服務器和工作站系統(tǒng)，另外，Xeon的接口形式也有所變化，采用了比Slot1稍大一些的Slot2架構（可支持四個微處理器）。IntelCeleron（賽揚）英特爾為進一步搶占低端市場，于1998年4月推出了一款廉價的CPU—Celeron（中文名叫賽揚）。最初推出的Celeron有266MHz、300MHz兩個版本，且都采用Covington核心，0.35微米工藝制造，內部集成1900萬個晶體管和32KB一級緩存，工作電壓為2.0V，外頻66MHz。Celeron與Pentium!相比，去掉了片上的L2Cache,此舉雖然大大降低了成本，但也正因為沒有二級緩存，該微處理器在性能上大打折扣，其整數(shù)性能甚至不如PentiumMMX。為彌補缺乏二級緩存的Celeron微處理器性能上的不足，進一步在低端市場上打擊競爭對手，英特爾在Celeron266、300推出后不久，又發(fā)布了采用Mendocino核心的新Celeron微處理器一Celeron300A、333、366。與舊Celeron不同的是，新Celeron采用0.25微米工藝制造，同時它采用Slot1架構及SEPP封裝形式，內建32KBL1Cache、128KBL2Cache，且以CPU相同的核心頻率工作，從而大大提高了L2Cache的工作效率。AMDK6－2AMD于1998年4月正式推出了K6－2微處理器。它采用0.25微米工藝制造，芯片面積減小到了68平方毫米，晶體管數(shù)目也增加到930萬個。另外，K6－2具有64KBL1Cache，二級緩存集成在主板上，容量從512KB到2MB之間，速度與系統(tǒng)總線頻率同步，工作電壓為2.2V，支持Socket7架構。K6-2是一個K6芯片加上100MHz總線頻率和支持3DNow!浮點指令的“結合物”3DNow!技術是對x86體系的重大突破，它大大加強了處理3D圖形和多媒體所需要的密集浮點運算性能。此外，K6—2支持超標量MMX技術，支持100MHz總線頻率，這意味著系統(tǒng)與L2緩存和內存的傳輸率提高近50%，從而大大提高了整個系統(tǒng)的表現(xiàn)。CyrixMil作為Cyrix公司獨自研發(fā)的最后一款微處理器，CyrixMil是于1998年3月開始生產的。除了具有6x86本身的特性外，該微處理器還支持MMX指令，其核心電壓為2.9V，具有256字節(jié)指令;3.5X倍頻;核心內集成650萬個晶體管，功耗20.6瓦；64KB一級緩存。Risemp6Rise公司是一家成立于1993年11月的美國公司，主要生產x86兼容的CPU,在1998年推出了mP6CPU。mp6不僅價格便宜，而且性能優(yōu)異，有著很好的多媒體性能和強大的浮點運算。mp6使用Socket7/Super7兼容插座，只有16KB的一級緩存。IntelPentiumlll1999年春節(jié)剛過，英特爾公司就發(fā)布了采用Katmai核心的新一代微處理器一PentiumIII。該微處理器除采用0.25微米工藝制造，內部集成950萬個晶體管，Slot1架構之外，它還具有以下新特點：系統(tǒng)總線頻率為100MHz；采用第六代CPU核心一P6微架構，針對32位應用程序進行優(yōu)化，雙重獨立總線；一級緩存為32KB（16KB指令緩存加16KB數(shù)據(jù)緩存），二級緩存大小為512KB，以CPU核心速度的一半運行；采用SECC2封裝形式；新增加了能夠增強音頻、視頻和3D圖形效果的SSE（StreamingSIMDExtensions，數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴展）指令集，共70條新指令。Pentiumlll的起始主頻速度為450MHz。和PentiumiXeon一樣，英特爾同樣也推出了面向服務器和工作站系統(tǒng)的高性能CPU一PentiumlllXeon至強微處理器。除前期的PentiumiXeon500、550采用0.25微米技術外，該款微處理器是采用0.18微米工藝制造，Slot2架構和SECC封裝形式，內置32KB一級緩存和512KB二級緩存，工作電壓為1.6V。IntelCeleroni為進一步鞏固低端市場優(yōu)勢，英特爾于2000年3月29日推出了采用Coppermine核心Celeroni。該款微處理器同樣采用0.18微米工藝制造，核心集成1900萬個晶體管，采用FC—PGA封裝形式，它和賽揚Mendocino一樣內建128KB和CPU同步運行的L2Cache，故其內核也稱為Coppermine128。Celeroni不支持多微處理器系統(tǒng)。但是，Celeroni的外頻仍然只有66MHz，這在很大程度上限制了其性能的發(fā)揮。AMDK6—IAMD于1999年2月推出了代號為“Sharptooth”（利齒）的K6TII，它是該公司最后一款支持Super7架構和CPGA封裝形式的CPU,采用0.25微米制造工藝、內核面積是135平方毫米，集成了2130萬個晶體管，工作電壓為2.2V/2.4V。相對于K6—2而言，K6—III最大的變化就是內部集成了256KB二級緩存（新賽揚只有128KB），并以CPU的主頻速度運行。K6—III的這一變化將能夠更大限度發(fā)揮高主頻的優(yōu)勢。此外，該微處理器還帶有64KB一級緩存（32KB用于指令，另32KB用于數(shù)據(jù)），而且在主板上還集成了以系統(tǒng)總線頻率同步運行的三級緩存，其容量大小從512KB到2MB之間。AMDAthlon1999年6月23日，AMD公司推出了具有重大戰(zhàn)略意義的K7微處理器，并將其正式命名為Athlon。K7有兩種規(guī)格的產品：第一種采用0.25微米工藝制造，使用K7核心，工作電壓為1.6V（其緩存以主頻速度的一半