& ampnbsp& ampnbsp其實處理器的功能更類似於大腦，因為它負責處理和計算電腦內部的所有數據，而主板芯片組更像是心臟，控制著數據的交換。CPU的類型決定了妳使用的操作系統和相應的軟件，CPU的速度決定了妳的電腦有多強大。當然，更快更新的CPU會讓妳花更多的錢。
目前，Intel的CPU及其兼容產品在微機-PC上占主導地位，因此CPU演義系列文章將重點介紹這些CPU及其制造工藝、運行方式、性能、類型等知識。無論是Intel還是AMD的CPU，或者其他壹些妳可能聽說過的CPU(比如iMac或者SGI工作站用的CPU)，都有很多相似之處。
中央處理器的核心
從外觀上看，CPU往往是壹個長方形或正方形的塊，通過很多引腳與主板相連。但是，妳看到的只是CPU的外衣——CPU的封裝。在內部，CPU的核心是壹塊薄矽片(英文名稱是die，the core)，其尺寸通常小於1/4英寸，如圖1所示。在這個小小的矽片上，有上百萬個晶體管，它們就像大腦中的神經元，相互配合完成各種復雜的運算和操作。
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需要註意的是，線寬是指芯片上最基本的功能單元——門電路的寬度。因為實際柵極電路之間的連接線的寬度與柵極電路的寬度相同，所以線寬可以描述制造過程。線寬變窄意味著晶體管可以做得更小更密，芯片的功耗可以降低，系統更穩定，CPU可以以更高的頻率運行，同樣的芯片復雜度可以使用更小的晶圓，所以成本降低。
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隨著線寬的不斷減小，過去芯片中使用的鋁線導電性將不夠，未來的處理器將采用導電性更好的銅線。AMD在剛剛推出的K7系列新成員——雷鳥的高頻版本中已經開始采用銅線技術。
CPU的封裝
& ampnbsp& ampnbsp通過幾道嚴格的測試後，各種電路結構的矽片就可以送到封裝廠切割，分割成單個處理器的管芯，放入封裝中。包裝不僅僅是壹件漂亮的外套。由於封裝的保護，處理器內核與空氣隔離，避免汙染物的入侵。此外，良好的封裝設計也有助於芯片散熱。同時，它是處理器和主板之間的橋梁。
& ampnbsp& ampnbsp包裝技術也在不斷發展。目前最常見的是PGA(引腳柵格陣列)封裝(圖2為奔騰CPU的引腳側)。通常這種封裝是方形的，中心區域周圍均勻分布著三到四排或更多的管腳，管腳可以插入主板CPU插座上相應的插座。隨著CPU總線寬度的增加和功能的增強，CPU管腳的數量也在不斷增加，同時對散熱和電氣特性也有了更高的要求，由此演化出了SPGA(交錯針柵陣列)和PPGA(塑料針柵陣列)。
奔騰Coppermine采用了獨特的FC-PGA(倒裝芯片針柵陣列)封裝，如圖3所示。它在封裝基板下180度翻轉核心，牢牢坐在封裝基板上，可以縮短連接，有利於散熱。然而，這並不是英特爾的創造性行為。AMD當年在K6處理器(從IBM買的專利)中也用到了類似的技術，但因為被金屬外殼覆蓋而不為人知。新的Socket A系列CPU也采用了類似的技術。
中央處理器接口
對應不同架構的CPU，連接到主板上的接口類型往往是不同的。
586時代最常見的插座是Socket 7插座，如圖4。它是壹個方形多針角插座，插拔力為零。插座上有壹個拉桿。安裝和更換CPU時，向上拉動拉桿，即可輕松插入或取出CPU芯片。Socket 7 socket適用於英特爾奔騰、奔騰MMX、AMD K5、K6、K6-2、K6-III、Cyrix 6X86、X86 MX、Mⅱ等處理器。
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插槽1(如圖6所示)是英特爾的專利技術。它是壹個狹長的插槽，有242個引腳，可以支持采用SEC(單邊連接器)封裝技術的奔騰II、奔騰III和賽揚處理器。Intel首創的SEC包，其實就是固定在子卡上的PGA包。
英特爾首款CPU 4004，4位主處理器，主頻108kHz，運算速度0.06 MIPS(每秒百萬條指令)，集成晶體管2300個，10微米制造工藝，最大可尋址內存640字節，生產日期19765438。
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8008，8位主處理器，主頻200kHz，運算速度0.06MIPs，集成晶體管3500個，10微米制造工藝，最大尋址內存16KB，生產日期1972年4月。
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8080，8位主處理器，主頻2M，運算速度0.64MIPs，集成晶體管6000個，6微米制造工藝，最大可尋址內存64KB，生產日期1974年4月。
8085，8位主處理器，主頻5M，運算速度0.37MIPs，集成晶體管6500個，3微米制造工藝，最大可尋址內存64KB，生產日期1976。
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8086，16位處理器，主頻4.77/8/10MHZ，運算速度0.75MIPs，集成晶體管29000個，3微米制造工藝，最大尋址內存1MB，生產日期1978年6月。
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8088，8位主控，主頻4.77/8MHZ，集成晶體管29000個，3微米制造工藝，最大可尋址內存1MB，生產日期1979年6月。
80286，16位主機，主頻6/8/10/12~25MHZ，最大運算速度2.66MIPs，134000集成晶體管，3微米制造工藝，最大尋址內存16MB。
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80386DX，32位主處理器，主頻16/20/25/33MHZ，最高運算速度10MIPs，集成晶體管275000個，1.5微米制造工藝，最大可尋址內存4GB，生產日期1985 6544。
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80386SX，16位主處理器，主頻MHZ，運算速度6MIPs，集成晶體管134000，3微米制造工藝，最大可尋址內存16MB，生產日期1988。
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80486DX，DX2，DX4，32位主機，主頻25/33/50/66/75/100MHZ，總線頻率33/50/66MHZ，運算速度20 ~ 60MIPs，1.2M集成晶體管，65438+。
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奔騰，64位主控，主頻60/66/75/100/120 MHz(p54)，133/150/166/200 MHz(p54c)，總線頻率60。1微米制造工藝，273或296引腳，最大可尋址內存4GB，緩存16/256/512KB，生產日期1993年3月。
奔騰MMX (MMX:多媒體擴展，增加57條多媒體指令)，64位主機，主頻150/150/166/200/233 MHz(P55C)，總線頻率66MHZ，運算速度高達435兆位。集成晶體管4.1~4.5M，1微米制造工藝，SOCKET7接口，最大可尋址內存4GB，緩存16/256/512KB，生產日期1993年3月。
奔騰Pro，64位主控，主頻133/150/166/180/200 MHz，總線頻率66MHZ，運算速度高達300 ~ 440MIPs，5.5M集成晶體管，1微米制造工藝。緩存16/256kB~1MB，生產日期1995 11月。
奔騰II，64位主控，主頻200/233/266/300/333/350/400/450 MHz，總線頻率66/100MHZ，運算速度560 ~ 770MIPs，7.5M集成晶體管，1微米制造工藝。L1緩存16kB，L2緩存512KB，生產日期1997年3月。(233~333MHz，2.8V Klamath內核，66MHz FSB350~450MHz，2.0V降頻內核，100MHz前端總線)
奔騰II至強(Xeon)，64位主控，主頻400/450MHZ，總線頻率100MHZ，全新SLOT2接口，最大可尋址內存64GB，L1緩存16kB，L2緩存512KB~2MB，生產日期65438。
賽揚壹代，主頻為266/300mhz (266/300mhz w/O L2高速緩存，Covington core(基於Kla數學)，300 a/333/366/400/433/466/500/533 MHz w/128 kb L2高速緩存)，Mendocino core(基於Deschutes)，總線頻率66MHz，0.25微米制造工藝，生產日期1998年4月
奔騰III，64位處理器，主頻450/500MHZ(Katmai核:2.0V，100MHz總線頻率，512kB L2緩存，slot1接口)，533 MHz ~ 1.13 GHz(Coppermine核:1.6V，100/133 MHz總線頻率，256
奔騰III至強分為早期的Tanner核(0.25微米制造工藝，256KB緩存)和後期的Cascades核(總線頻率133MHZ，L2緩存2MB，0.18微米制造工藝)，生產日期為1999。
奔騰III (Tulatin core)主頻1.13G~1.4G，總線頻率133mhz，L2緩存512k，socket 370接口，制造工藝0.13 μm，分為服務器版(S)和筆記本移動版。
賽揚二代，主頻533MHZ~1GHZ(銅礦芯:1.6V，總線頻率66/100MHZ，L2緩存128k，插座370)，0.18微米制造工藝，生產日期2000年。
賽揚III (Tulatin，Tulatin核心)，主頻1GHZ~1.3GHZ，總線頻率100 MHz，制造工藝0.13微米，Socket370接口，256k二級緩存，核心絕對不怕壓壞，低功耗低發熱量等優勢換成賽揚。
奔騰4(威拉米特內核，423針)，主頻1.3g ~ 1.7g，FSB 400 MHz，0.18微米制造工藝，Socket423接口，二級緩存256K，生產日期165438+2000年10月。
奔騰4 (478針)分為三核:Willamette核(1.5G，FSB400MHZ，0.18微米制造)和Northwood核(1.6g ~ 3.0g，FSB 533 MHz，0.13微米制造)。二級緩存512K)，Prescott核心(2.8G起，FSB800MHZ，0.09微米制造工藝，1M二級緩存，13全新指令集SSE3)，生產日期2006年7月5438+0。
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奔騰MMX (MMX:多媒體擴展，增加57條多媒體指令)，64位主機，主頻150/150/166/200/233 MHz(P55C)，總線頻率66MHZ，運算速度高達435兆位。集成晶體管4.1~4.5M，1微米制造工藝，SOCKET7接口，最大可尋址內存4GB，緩存16/256/512KB，生產日期1993年3月。
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奔騰Pro，64位主控，主頻133/150/166/180/200 MHz，總線頻率66MHZ，運算速度高達300 ~ 440MIPs，5.5M集成晶體管，1微米制造工藝。緩存16/256kB~1MB，生產日期1995 11月。
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奔騰II，64位主控，主頻200/233/266/300/333/350/400/450 MHz，總線頻率66/100MHZ，運算速度560 ~ 770MIPs，7.5M集成晶體管，1微米制造工藝。L1緩存16kB，L2緩存512KB，生產日期1997年3月。(233~333MHz，2.8V Klamath內核，66MHz FSB350~450MHz，2.0V降頻內核，100MHz前端總線)
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奔騰II至強(Xeon)，64位主控，主頻400/450MHZ，總線頻率100MHZ，全新SLOT2接口，最大可尋址內存64GB，L1緩存16kB，L2緩存512KB~2MB，生產日期65438。
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賽揚壹代，主頻為266/300mhz (266/300mhz w/O L2高速緩存，Covington core(基於Kla數學)，300 a/333/366/400/433/466/500/533 MHz w/128 kb L2高速緩存)，Mendocino core(基於Deschutes)，總線頻率66MHz，0.25微米制造工藝，生產日期1998年4月
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奔騰III，64位處理器，主頻450/500MHZ(Katmai核:2.0V，100MHz總線頻率，512kB L2緩存，slot1接口)，533 MHz ~ 1.13 GHz(Coppermine核:1.6V，100/133 MHz總線頻率，256
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奔騰III至強分為早期的Tanner核(0.25微米制造工藝，256KB緩存)和後期的Cascades核(總線頻率133MHZ，L2緩存2MB，0.18微米制造工藝)，生產日期為1999。
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奔騰III (Tulatin core)主頻1.13G~1.4G，總線頻率133mhz，L2緩存512k，socket 370接口，制造工藝0.13 μm，分為服務器版(S)和筆記本移動版。
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賽揚二代，主頻533MHZ~1GHZ(銅礦芯:1.6V，總線頻率66/100MHZ，L2緩存128k，插座370)，0.18微米制造工藝，生產日期2000年。
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賽揚III (Tulatin，Tulatin核心)，主頻1GHZ~1.3GHZ，總線頻率100 MHz，制造工藝0.13微米，Socket370接口，256k二級緩存，核心絕對不怕壓壞，低功耗低發熱量等優勢換成賽揚。
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奔騰4(威拉米特內核，423針)，主頻1.3g ~ 1.7g，FSB 400 MHz，0.18微米制造工藝，Socket423接口，二級緩存256K，生產日期165438+2000年10月。
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奔騰4 (478針)分為三核:Willamette核(1.5G，FSB400MHZ，0.18微米制造)和Northwood核(1.6g ~ 3.0g，FSB 533 MHz，0.13微米制造)。二級緩存512K)，Prescott核心(2.8G起，FSB800MHZ，0.09微米制造工藝，1M二級緩存，13全新指令集SSE3)，生產日期2006年7月5438+0。
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英特爾服務器CPU產品簡史
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在計算機CPU領域，英特爾是無可爭議的領導者。雖然AMD、威盛等廠商不斷推出新產品，但與英特爾形成了激烈的競爭。但是，在服務器領域，英特爾有著不可動搖的優勢。可以說，英特爾能有今天的地位，以下劃時代的產品有著不可磨滅的貢獻:
服務器CPU原型:奔騰Pro
在奔騰處理器取得巨大成功之後，1995年秋天，英特爾發布了奔騰Pro處理器。奔騰PRO是英特爾第壹款專門為32位服務器和工作站設計的處理器。可用於高速輔助設計、機械發動機、科學計算和醫療，主頻為150/166/180和200MHz。英特爾在奔騰PRO的設計和制造上達到了壹個新的高度，共有550萬個晶體管和壹個高速二級緩存芯片，性能優於奔騰:
1)將L2cache和CPU封裝在壹起——“PPGA封裝技術”(486和奔騰都在主板上安裝了L2cache)，兩個芯片通過壹條高帶寬總線互聯，連接線也放在封裝內。這使得內置的L2cache更容易以更高的頻率運行(例如奔騰Pro 200MHz CPU的L2緩存與CPU的運行頻率相同)，從而大大提高了程序的執行速度。
2)外部地址總線擴展至36位，處理器直接尋址能力為64GB，為未來發展留有余地。
3)采用動態執行技術，這是奔騰處理器技術的又壹次飛躍。這種技術可以通過預測程序流程和分析程序數據流來選擇最佳的指令執行順序。這意味著指令不必按照程序指定的順序執行，只要滿足條件就可以執行，這樣程序就可以達到更高的運行效率。
奔騰Pro先進的設計思想為以後微處理器的發展打下了良好的基礎。
至強的誕生:奔騰II至強
1998英特爾發布奔騰II至強處理器。至強是英特爾推出的新品牌。當時，為了區分服務器市場和普通個人電腦市場，英特爾決定開發壹款全新的服務器CPU，命名為奔騰II Xeon，取代之前使用的奔騰Pro品牌。該產品線針對高端企業服務器和工作站市場；是英特爾進壹步劃分市場的重要壹步。Xeon主要用於運行商業軟件、互聯網服務、公司數據存儲、數據分類、數據庫、電子和機械自動化設計等。
奔騰II至強處理器不僅速度更快，緩存更大，更重要的是，它可以支持多達4或8 SMP對稱多CPU處理功能。它使用與奔騰II Slot1接口不同的Slot 2接口，並且它只能與特殊的服務器主板壹起使用。
巨大成功:奔騰III至強
1999年，英特爾發布了奔騰III至強處理器。相信大家還記得那些年“銅礦”核的奔騰3處理器是怎樣的，至今仍被視為經典產品。作為奔騰II至強的繼任者，它不僅在內核架構上采用了全新的設計，還繼承了奔騰III處理器增加的70個指令集，更好地執行多媒體和流媒體應用。除了面向企業市場，奔騰III至強還加強了電子商務應用和高級商業計算的能力。英特爾還把至強分為兩部分，低端至強和高端至強。其中低端的Xeon和普通的Coppermine壹樣，只配備了256KB的L2緩存，不支持多處理器。這樣低端至強和普通奔騰III的性能差距很小，價格也差不多；高端至強處理器仍然具有之前的特性，支持更大的高速緩存和多處理器。
前進壹波又壹波:奔騰4至強
2001年，英特爾發布了至強處理器。英特爾把奔騰這個名字從至強前面去掉，並不意味著脫離x86，而是讓品牌概念更加清晰。至強處理器的市場定位也更多的是針對高性能、負載均衡、多路對稱處理等特性，這些都是奔騰品牌的臺式電腦所不具備的。至強處理器其實是基於奔騰4的內核，同樣擁有64位的數據帶寬，但由於采用了與AGP 4X相同的原理——“四倍速”技術，其前端總線有了很大的提升，性能遠勝於奔騰III至強處理器。至強處理器基於英特爾的NetBurst架構，具有更高級的網絡功能和更復雜優秀的3D圖形性能。另壹方面，支持至強的芯片組也更好地支持並行計算中的服務器端計算，支持高性能I/O子系統(如SCSI磁盤陣列和千兆網絡接口)，支持PCI總線分段。
64位先鋒:安騰處理器。
2001年，由——惠普和英特爾聯合開發的基於IA-64平臺——安騰處理器的服務器產品隆重發布。安騰處理器是Intel的第壹款64位產品，具有64位尋址能力和64位寬的寄存器，所以我們稱之為64位CPU。由於其64位尋址能力，可以使用1兆TB地址空間，足以計算企業級或超大規模的數據庫任務；64位寬的寄存器可以使CPU浮點運算達到非常高的精度。事實上，IA - 64處理器還具有顯式並行、分支預測、推測加載等特性。這些技術都是為頂級和企業級服務器和工作站設計的。指令級並行可以促進軟件指令結構的優化，使處理器可以同時執行更多的指令。推測:推測技術允許提前加載數據，甚至在代碼分支出現之前。通過盡可能早地從內存加載數據，推測技術可以避免內存延遲。預測技術避免了許多代碼分支和由相關數據分支預測誤差引起的性能下降。IA-64還允許處理器上有更多的空間來執行指令——更多的執行單元、更多的寄存器和更多的高速緩存。隨著處理器技術的發展為這些執行資源提供更多的空間，IA-64的性能也會相應提高。
安騰處理器體現了壹種全新的設計思想，完全基於並行並發計算(EPIC)。對於需要高性能計算功能(包括電子交易安全處理、超大型數據庫、計算機輔助機械引擎、前沿科學運算等)支持的性能要求最高的企業或應用。)，安騰處理器很好的滿足了用戶的要求。
繼續輝煌:安騰2(安騰2)處理器
2002年，英特爾發布了安騰2處理器。代號為麥金利的安騰2處理器是英特爾的第二代64位系列產品。安騰雙處理器高速緩存系統最重要的創新是將大容量三級高速緩存集成到處理器矽芯中，而不是作為系統主板的獨立芯片。這不僅加快了數據檢索速度，還將三級高速緩存和處理器內核之間的整體通信帶寬提高了近三倍。再加上高速緩存效率的許多其他改進，處理器內核甚至可以在高度復雜的內存密集型事務中高速運行。因此，安騰2可以應用於要求更高的場合，為高端服務器和工作站提供各種平臺和應用支持。
安騰2處理器是在安騰架構基礎上構建和擴展的產品。提供兩位兼容，可兼容專門為第壹代安騰處理器編譯的應用，性能大幅提升50% ~ 100%。安騰2的系統總線帶寬為6.4 GB/秒，三級高速緩存高達3MB。據英特爾稱，安騰2的性能比Sun Microsystems的硬件平臺高50%。
服務器CPU產品年表:
奔騰II/III
ds2p奔騰IIXeon
Tanner0.25μm奔騰IIIXeon。KatmaiSlot2接口
共源共柵0.18μm奔騰iii至強
奔騰4
英特爾至強0.18μm版本(威拉米特)
FosterMPHyper-Threading對應的是大容量服務器版本的至強。
Gallatin0.13μm m版本至強
用於Prestonia服務器和工作站的0.13μm至強處理器。
諾科納的新CPU於2003年首次亮相
IA-64
Merced第1代安騰
麥金利版本0.18μ m第二代IA-64
麥迪遜麥金利0.13μm版本
迪爾菲爾德麥金利0.13μm版本
Montecito90nm納米IA-64版
面向服務器和工作站的0.09μm至強處理器