2.1.3 主流CPU产品介绍

目前生产CPU的厂家主要有Intel公司和AMD公司。一些辅助的厂家有IDT公司、VIA公司。国产CPU也纷纷问世。下面将简单介绍一下各个生产厂家设计的CPU的体系结构、时钟频率、系统总线频率、一级缓存的大小和二级缓存的大小等。

1.Intel系列

Intel公司是X86体系CPU最大的生产厂家。Intel公司的X86 CPU与Microsoft公司的MS-DOS、MS-Windows一起组成了微机的主要软硬件系统。

（1）Intel Pentium处理器。Intel Pentium也称为经典奔腾（Intel Pentium Classic），它是真正的第五代处理器，简称为P5。P5家族的第一代处理器是1993年3月生产的，采用0.80 µm制造工艺，集成了超过330万个晶体管。处理器的时钟频率达到75～200 MHz，总线频率为50～66 MHz。从这时起，Pentium处理器开始采用“总线频率×倍频=CPU工作频率”的设置，Pentium处理器如图2.1所示。

（2）Intel Pentium MMX处理器。Pentium MMX即P55处理器，CPU本身的晶体管数为450万。它在原有的Pentium的基础上进行了重大的改进，一级缓存增加到以前的两倍，特别是新增加了57条MMX多媒体指令。这些指令专门用于处理音频、视频等数据，从而大大缩短了CPU在处理多媒体数据时的等待时间，使CPU拥有更强大的数据处理能力。Pentium MMX的最高频率是233 MHz，Pentium MMX处理器如图2.2所示。

（3）Intel Pentium Ⅱ处理器。Pentium Ⅱ是P6/X86家族产品的典型代表，诞生于1997年5月，如图2.3所示。Pentium Ⅱ的发展经历了三个阶段。第一阶段的Pentium Ⅱ代号为“Klamath”，使用0.35 µm制造工艺，CPU的电压为2.8 V，耗电量达到43 W。工作在66 MHz总线频率下，主要频率有233 MHz、266 MHz和300 MHz三种。

第二阶段的Pentium Ⅱ的代号为“Deschutes”，使用0.25 µm制造工艺，CPU的电压大幅度下降为2.0 V，也工作在66 MHz总线频率下，主要频率有300 MHz、333 MHz等。

第三阶段的Pentium Ⅱ在第二代的基础上，工作在100 MHz总线频率下，主要频率有350 MHz、400 MHz和450 MHz等。

Pentium Ⅱ与传统的奔腾处理器有较大的不同，最大的变化就是它采用了Slot 1架构，这从外表上即可明显看出。Pentium Ⅱ也支持MMX指令集。

（4）Intel Pentium Ⅲ 处理器。Pentium Ⅲ（简称P Ⅲ）处理器是Intel公司于1999年2月推出的新一代产品，分为Katmai核心、Coppermine核心和Tualatin核心三种，如图2.4所示。

Katmai核心的Pentium Ⅲ处理器采用0.25 µm制造工艺。Pentium Ⅲ拥有32 KB一级缓存和512 KB二级缓存，包括MMX指令和Intel公司的3D指令SSE。其系统总线频率为100 MHz。

由于Coppermine核心Pentium Ⅲ与Katmai核心Pentium Ⅲ在频率上有重叠，因此，Intel在频率后增加了“E”和“B”两种后缀以示区别，其中“E”代表Coppermine核心，“B”代表133 MHz外频。两个后缀可以单独使用，也可以结合使用。例如，“600 B/512/133/2.05 V”代表这是一款外频为133 MHz、主频为600 MHz、拥有512 KB二级高速缓存的Katmai核心Pentium Ⅲ处理器。667 MHz、733 MHz以后的Pentium Ⅲ后面没有EB字样。

（5）Intel Pentium Ⅳ处理器。Pentium Ⅳ处理器是目前Intel公司投放市场上速度最快的系列CPU。

最先推出的是基于Willamette核心的Pentium Ⅳ处理器，如图2.5 所示。采用0.18 µm铝制程工艺，带有256 KB二级缓存，其内核集成3400万个晶体管，采用三层多级封装模式，Socket 423/478接口，400 MHz外频。

基于Northwood核心的Pentium Ⅳ处理器采用的是0.13 µm制造工艺，带有512 KB二级缓存，集成5500万个晶体管，Socket 478接口，100/133 MHz外频，400/533 MHz系统总线频率，如图2.6所示。

（6）Intel Celeron（赛扬）处理器。为了降低成本，占领低端市场，Intel公司于1998年4月推出了基于Covington核心的Celeron处理器，如图2.7所示。这款处理器采用66 MHz外频，与当时同频的Pentium Ⅱ处理器相比，区别就在于去掉了所有的二级缓存，这使得它的整数运算能力很差，因此也只推出了266 MHz和300 MHz两款。

2000年3月，Intel公司发布了基于Coppermine核心的Celeron Ⅱ（赛扬2代）处理器，采用0.18 µm制造工艺，并减小了管芯的面积，大大提高了CPU主频的极限和电压的消耗。Celeron Ⅱ的核心与Coppermine Pentium Ⅲ的核心一样，包含了多媒体指令、全速二级缓存及其他Coppermine Pentium Ⅲ的特性。新赛扬最大的优点就是将二级缓存集成到主芯片中，使得一级缓存和二级缓存可以并行工作，这样不仅使一级缓存和二级缓存之间的延迟时间缩短，同时一级缓存和二级缓存也能并行运行和同时存取，从而极大地提高了CPU的性能。但Celeron Ⅱ的二级缓存为128 KB，只有Coppermine Pentium Ⅲ的一半，因此性能受到很大影响。早期的Celeron Ⅱ使用66 MHz的外频，从Celeron 800 MHz开始使用100 MHz外频，如图2.8所示。

图2.9 所示为前面提到的基于Tualatin核心的Celeron处理器，尽管它比相同核心的Pentium Ⅲ少了一半的二级缓存，但它仍然拥有256 KB的二级缓存，达到了与Coppermine Pentium Ⅲ相同的水平，唯一不足的是它的外频仍然只有100 MHz，这是因为Intel公司把它定位成一款低端产品，而不是产品本身的问题。

需要注意的是，Socket 370接口的Tualatin Celeron处理器无法直接在支持Coppermine CPU的主板上使用，这是因为Intel公司对其引脚进行了重新定义，同时Tualatin Celeron使用了更低的核心电压（1.475 V）。因此，在为Tualatin Celeron选择主板时，一定要注意查看主板是否支持这款CPU。

2002年，Intel公司推出了基于Willamette核心的Celeron处理器，如图2.10所示。它采用Socket 478接口，128 KB二级缓存，外频为400 MHz。

2005年，Intel在Dothan和Yonah之后，推出了下一代处理器，其中桌面版代号为Conroe，移动版代号为Merom，服务器版代号为Woodcrest。受到Pentium M处理器架构和管线的启发，后来发布的下一代处理器采用双核心设计，并搭配2～4 MB二级缓存。

2006年Intel宣布了酷睿双核处理器，如图2.11所示。这是第一款面向便携式计算机设计的双核处理器，拥有极佳的性能，至少比P4快多了。这也是第一款真双核X86处理器，共享缓存设计，之前的Pentium D双核更像是一个外壳内封装了两个处理器。酷睿处理器是Intel迅驰平台的重要组成部分，在市场上取得了巨大的成功。唯一的缺点就是还是32 位处理器，不像P4那样支持64位技术。酷睿2架构在市场上拥有众多型号，主要根据配置的不同来划分等级，包括核心数量的不同（从1到4，单核到四核）、缓存的大小（从512 KB到12 MB）及FSB的快慢（从400 MHz到1600 MHz）。

三款基于Intel全新架构Nehalem的酷睿i7 处理器，采用四核心设计，主频在2.66～3.20 GHz之间。

Intel 2008年发布的酷睿i7（Core i7）有三个型号：920、940和965，其中965为至尊版。Core i7-940 处理器如图2.12 所示。2009 年增加了一款主流版本的i7-950 和一款至尊版的i7-975。酷睿i7-965至尊版主频为3.20 GHz，并具有6.4GT/s的QPI（QuickPath接口）带宽（相当于25.6 GB/s），这是和主流版本的关键区别。

2.AMD系列

AMD公司是世界第二大微处理器公司，成立于1969年。AMD公司生产的微处理器也属于80X86架构，早期的CPU与Intel的CPU完全兼容，可以直接安装在一般P54C类主板上，是X86计算机的一种经济型配置。虽然AMD推出CPU产品的时间较晚，但性能比同档次的Intel CPU要好。后来，AMD处理器形成了自己的产品系列，与Intel公司在台式机CPU市场展开了激烈的竞争。

（1）AMD Am486/586处理器，代号X5。于1995年11月上市，主频为133 MHz，采用Socket 3架构，集成160万个晶体管，核心电压为3.45 V。

（2）AMD K5处理器，如图2.13所示。为了与Intel Pentium系列处理器竞争，AMD推出了K5。这一款有75～166 MHz等几个版本。它采用0.60 µm或0.35 µm制造工艺生产，具备32 KB的一级缓存，二级缓存则集成在主板上。

K5的性能一般，整数运算能力不如Cyrix的6X86P，比Pentium略强；浮点运算能力远远比不上Pentium，但稍强于Cyrix公司的产品。

（3）AMD K6处理器。K6处理器是与Pentium MMX同一个档次的产品，与AMD K5相比，这一款Intel产品在时钟频率上提升了66～100 MHz。

（4）AMD K6-2处理器。K6-2是K6处理器的后继产品，于1998年4月推出，如图2.14所示。它在K6的基础上做了大幅度的改进，其中最重要的是支持“3DNow!”扩展指令集。K6-2 CPU带有64 KB的一级缓存（32 KB用于存储指令，另外32 KB用于存储数据）。

在推出Athlon K7之后，AMD仍旧为Socket 7持续开发了K6-2的新产品：K6-2+，如图2.15所示。它具备128 KB二级高速缓存。

（5）AMD K6-Ⅲ处理器，如图2.16所示。运算能力最强的Socket 7处理器就是这一款AMD K6-Ⅲ。它的256 KB二级缓存是K6-2+的两倍；此外，在主板上有与系统总线频率同步的三级缓存，容量在512 KB～2 MB之间。它的晶体管数为2130万个，最大耗电量则为29.5 W。经测试，K6-Ⅲ/500的性能领先于Intel Pentium Ⅱ/450。

（6）AMD Athlon（K7）处理器。Athlon（阿斯龙、速龙）又称K7，如图2.17所示。第一款Pluto核心的Athlon K7时钟频率范围为500～700 MHz不等，内含超过2200万个晶体管，支持3Dnow!和MMX指令集，一级缓存大小为128 KB，同时有512 KB的二级缓存外接在处理器模块上。此后没过多久，AMD就以更小的0.18 µm制程版Orion核心（K75）更上一层楼，使其Slot A版本最高时钟频率达到了1000 MHz。

2000年6月，AMD发布了新款Thunderbird（雷鸟）核心的Athlon，如图2.18所示。雷鸟集成了128 KB全速一级缓存和256 KB全速二级缓存。运行频率也很快提升至1～1.4 GHz。

（7）AMD Athlon XP处理器。如图2.19所示，它实际上就是新版本的Athlon。AMD公司采用了新的型号标示系统，此后的产品型号将不直接以处理器时钟频率来标示。例如，Athlon XP PR1500+的实际运行频率并不是1500 MHz，而是1330 MHz。因为AMD公司经过测试认为，其主频为1330 MHz的CPU性能不低于Intel公司1500 MHz的CPU，因此，将其标注为PR1500+。

下面的公式可以计算Athlon XP的实际频率：

实际频率=2×(PR标称值+5000)/3

Athlon XP与先前采用雷鸟（Thunderbird）核心的桌面型Athlon相比，的确快了3%～7%，因为它采用的是新的Palomino核心。这款核心同时应用在了AMD支持SMP功能的版本Athlon XP处理器以及笔记本电脑使用的Mobile Athlon 4处理器上。

继Palomino之后，AMD又对Thoroughbred核心做了进一步改进，先后推出了Thoroughbred“A”版与“B”版的Athlon XP处理器，并将其制造工艺转换到了0.13 µm。Thoroughbred“B”版与“A”版核心不同，不但内部连接层数从7层加到了8层，而且在外频上也有些差异。XP 1700+到XP 2400+等型号仍旧使用133 MHz外频，而XP 2600+和XP 2800+则能够增加到166 MHz外频。Thoroughbred“B”版的XP 2800+即将上市。

Barton核心是AMD Athlon处理器的第七代核心。Barton核心AMD Athlon采用0.13 µm制造工艺，集成了5430万个晶体管，拥有128 KB全速一级缓存和512 KB全速二级缓存。与上一版本的同型号处理器相比，其真实时钟频率稍稍降低了一些，这也是AMD在同一代处理器中，首次出现同型号CPU比前一版本频率稍低的状况。

在2005年，AMD新的顶级处理器诞生了，这个被命名为Athlon 64 FX的处理器采用0.09 µm制造工艺，频率可达到2.8 GHz，将逐渐取代FX-57。

AMD2008 年发布了三核羿龙8000 系列处理器（AMD Phenom X38000），如图2.20所示。在相同的主频上，三核羿龙处理器的多线程应用性能优于双核处理器。

基于三核羿龙处理器和AMD 780G芯片组的PC可以支持DirectX 10游戏，从而使游戏爱好者将获得增强的游戏体验，例如逼真的3D图形和动态交互等。

3.Cyrix系列

Cyrix公司原是第三大X86芯片制造商，是一家很有名气的CPU公司，因Cyrix公司在产品开发和性能上发展得不好，在1999 年6月被目前最大的主板兼容芯片组厂商威盛电子（VIA）并购。

（1）Cyrix 6X86/6X86L/M1处理器。Cyrix的586级CPU被命名为6X86，是Cyrix公司在奔腾级处理器市场的第一个产品，如图2.21所示。Cyrix 6X86处理器采用PR等级来标记CPU频率，芯片的时钟频率为90～200 MHz。浮点运算能力差是Cyrix的主要问题。

（2）Cyrix 6X86 MX、MⅡ处理器。6X86 MX是Cyrix包含MMX指令的处理器，Cyrix的MMX指令与Intel的MMX指令不兼容。6X86 MX采用0.35 µm制造工艺，其一级缓存增加到6X86的4倍，即64 KB。

Cyrix MⅡ是Cyrix相当于挑战300 MHz Pentium Ⅱ的处理器，但事实上Cyrix MⅡ的300 MHz的主频实际只有233 MHz。Cyrix MⅡ内有64 KB的一级缓存，是Pentium Ⅱ的两倍，同时也支持MMX，如图2.22所示。

Cyrix MⅡ的性能价格比还不错，但对于3D游戏，就显得力不从心了，这是因为其真实的时钟频率较低的缘故。

（3）Cyrix Media GX处理器。Cyrix Media GX处理器是面向低端市场的一种低价处理器。它在5X86内核的基础上增加了PCI及内存控制器，在此芯片中还整合有一个图形加速器及声卡，其一级缓存大小为16 KB，采用0.5 µm制造工艺。

4.IDT系列

IDT公司是1997年新进入处理器市场的公司，其微处理器事业部已被威盛公司收购。

1997年，IDT推出了第一个微处理器WinChip C6。C6属于X86级CPU，C6的价格低廉，提供60 MHz、66 MHz、75 MHz的系统总线频率，系统时钟频率为180～240 MHz。

1998年5月，IDT推出了第二代产品WinChip C6-2，采用0.25 µm制造工艺，带有64 KB的一级缓存，其二级缓存位于主板上，容量在512 KB～2 MB之间，同时还支持MMX及3DNow!指令。它的工作时钟频率为200～300 MHz，与C6的主要不同点在于浮点运算更快。

还有一款带有3DNow!指令的WinChip 2-3D，这一代的处理器也带有MMX指令，其最高的频率是300 MHz，采用Super 7（Socket 7）结构的主板都可以支持。

IDT的最后一款CPU是WinChip 2+NB，其内部集成了64 KB的与CPU同频率的缓存，它采用了Socket 7的结构，不过要使用专门的主板。

5.VIA系列

威盛（VIA）公司是全球最大的兼容芯片组厂商，但长期以来却只能依靠Intel公司的授权过日子。它先后将IDT公司和Cyrix公司收购，在2000年2月推出第一款CPU，命名为VIA Cyrix Ⅲ。

VIA Cyrix Ⅲ（C3）处理器如图2.23所示，其最大的特点就是价格低廉，性能实用。C3采用了先进的0.13 µm制造工艺，具有很小的功耗和发热量，非常适合那些对系统性能要求不高、对价格较为敏感的用户使用，目前有的笔记本电脑和移动PC正在使用C3。C3目前的工作频率最高已经达到了1 GHz。1 GHz的VIA C3拥有目前最小的X86处理器芯片核心，内置128 KB高速一级缓存及64 KB高速二级缓存。可支持100 MHz、133 MHz的前端总线（FSB），支持MMX、3Dnow!等多媒体指令集。

对于上述介绍的几大CPU生产厂商的产品，用户可根据产品的性能选购，但需要提醒大家的是：在购买CPU的时候千万不能期望“一步到位”，因为按照所谓的“摩尔定律”，CPU速度（频率）每18个月就将提高1倍。因此，对广大用户来说，只需考虑够用就行了。

6.国产CPU

21世纪，国产CPU如雨后春笋，频频展露出喜人的“尖尖角”。

2001年3月，中星微电子公司开发出数码影像处理芯片“星光1号”。

2001年7月，方舟公司的“方舟1号”嵌入式CPU问世。

2002 年9月，中科院计算所研制成功我国首款通用高性能CPU——“龙芯1号”。龙芯2号（Godson-2）于2003年正式完成并发布，如图2.24所示。龙芯2号是64位处理器，内频为300～500 MHz，500 MHz版与1 GHz版的Intel [Pentium III]、Pentium Ⅳ拥有相近的效能水平。

2002年11月，上海复旦微电子公司推出高性能嵌入式32位微处理器——“神威1号”。

2002年12月，北京大学“众志1号”面世。

2003年2月，上海交通大学的“汉芯1号”面世。

2006年9月13日，“64位龙芯2号增强型处理器芯片设计”（简称龙芯2E）通过科技部验收，该处理器最高主频达到1.0 GHz，实测性能超过1.5 GHz Pentium IV处理器的水平。

这些国产CPU有三个特点：一是群体性，不是一两家企业，而是一批企业在同一时间段陆续推出；二是技术先进，有的接近世界领先水平或与之相当；三是在信息化建设的第一线迅速产生效益。人们在为国产CPU实现群体突破感到欢欣鼓舞的同时，更加关心的是国产CPU怎样才能真正形成产业，带动我国信息产业的发展。

发展国产CPU，结束中国信息产业无“芯”的局面，这是萦绕在几代爱国科技工作者心中多年的梦想。