1、什么是CPU
CPU是英語“Central Processing Unit/中央處理器”的縮寫，指具有運算器和控制器功能的大規(guī)模集成電路。CPU一般由邏輯運算單元、控制單元和存儲單元組成。
2、CPU發(fā)展歷史
CPU的起源可以一直追溯到1971年。在那一年，當時還處在起步階段的Intel公司推出了世界上第一顆微處理器4004。這不但是第一個用于計算器的4位微處理器，也是第一款個人有能力買得起的電腦處理器！
4004含有2300個晶體管，功能相當有限，而且速度還很慢，當時的藍色巨人IBM以及大部分商業(yè)用戶對此不屑一顧。但它畢竟是劃時代的產(chǎn)品，從此以后，INTEL便與微處理器結下了不解之緣。可以這么說，CPU的歷史發(fā)展歷程一定意義上也就是Intel公司x86系列CPU的發(fā)展歷程。
1974年，英特爾公司又在8008的基礎上研制出了8080處理器、擁有16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線，包含7個8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL組合可組成16位數(shù)據(jù)寄存器)，支持16位內(nèi)存，同時它也包含一些輸入輸出端口，這是一個相當成功的設計，還有效解決了外部設備在內(nèi)存尋址能力不足的問題。
1978年，Intel公司再次領導潮流，首次生產(chǎn)出16位的微處理器，并命名為i8086，同時還生產(chǎn)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，但在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)等的數(shù)學計算指令。
1979年，英特爾公司又開發(fā)出了8088。8086和8088在芯片內(nèi)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。
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(nèi)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(nèi)發(fā)展起來。從8088應用到IBM PC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。
1982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(nèi)、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位，使用24位內(nèi)存儲器的尋址，內(nèi)存尋址能力為16MB。
8086～80286這個時代是個人電腦起步的時代，當時在國內(nèi)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(nèi)才開始普及計算機。
1985年春天的時候，英特爾公司已經(jīng)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(nèi)存速度瓶頸。
1985年10月17日，英特爾劃時代的產(chǎn)品——80386DX正式發(fā)布了，其內(nèi)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(chǎn)品。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。
1989年，我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由英特爾推出。這款經(jīng)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。
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(nèi)部工作頻率為微處理器外頻的2～3倍，486 DX2、486 DX4的名字便是由此而來。
1993年，全面超越486的新一代586 CPU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(chǎn)品命名為Pentium(奔騰)以區(qū)別AMD和Cyrix的產(chǎn)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。
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3D NOW!。 MMX（MultiMedia Extensions，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(Pentium MMX)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(chǎn)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。
3、CPU廠商
Intel公司的最初取為是由摩爾命名的，“Intel”這個字是由“Integrated Electronics(集成/電子)”兩個英文單詞組合成的，象征新公司的主要業(yè)務將在集成電路市場上。Intel是生產(chǎn)X86架構CPU的老大哥，它占有80%多的市場份額，Intel生產(chǎn)的CPU就成了事實上的x86CPU技術規(guī)范和標準。
AMD公司（Advanced Micro Devices<高級微型儀器>）超微半導體公司
IBM和Cyrix
IBM是International Business Machines Corporation<公司>(國際機器公司)的縮寫,也就是簡稱。
IBM在服務器芯片上一向占有強勢地位，但對于微機芯片卻遲遲不能打開市場份額。和Cyrix公司合并后，使其終于擁有了自己的X86芯片生產(chǎn)線，其成品將會日益完善和完備。現(xiàn)在的MII性能也不錯，尤其是它的價格很低。
IDT公司
IDT是處理器廠商的后起之秀，但現(xiàn)在還不太成熟。
事實上，idt和cyrix已經(jīng)被中國臺灣的via威盛公司所收購。目前威盛公司的cpu產(chǎn)品主要面向嵌入式設備。
蘋果機的CPU廠商
由IBM供貨
主要的服務器CPU廠商
主要服務器CPU商包括：SUN，IBM,HP。
中國的CPU廠商
中國一向有不少的芯片廠商，但是在通用PC芯片市場上一直沒有什么市場份額。0520就是80年代自己生產(chǎn)的286兼容芯片?，F(xiàn)在龍芯等芯片也開始進入通用PC的市場。
4、CPU主要的性能指標有：
對于一個CPU來說，性能是否強大是它能否在市場上生存下去的第一要素，那么CPU的性能是由哪些因素決定的咧？下面就列出影響CPU性能的主要技術指標：
主頻
CPU的主頻，即CPU內(nèi)核工作的時鐘頻率（CPU Clock Speed）。通常所說的某某CPU是多少兆赫的，而這個多少兆赫就是“CPU的主頻”。很多人認為CPU的主頻就是其運行速度，其實不然。CPU的主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度，與CPU實際的運算能力并沒有直接關系。主頻和實際的運算速度存在一定的關系，但目前還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數(shù)值關系，因為CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標（緩存、指令集，CPU的位數(shù)等等）。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現(xiàn)主頻較高的CPU實際運算速度較低的現(xiàn)象。比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以較低的主頻，達到英特爾公司的Pentium 4系列CPU較高主頻的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式來命名。因此主頻僅是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表CPU的整體性能。
CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對于提高CPU運算速度卻是至關重要的。舉個例子來說，假設某個CPU在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條運算指令，那么當CPU運行在100MHz主頻時，將比它運行在50MHz主頻時速度快一倍。因為100MHz的時鐘周期比50MHz的時鐘周期占用時間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執(zhí)行一條運算指令所需時間僅為10ns比工作在50MHz主頻時的20ns縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。只不過電腦的整體運行速度不僅取決于CPU運算速度，還與其它各分系統(tǒng)的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統(tǒng)運行速度和各分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度都能得到提高后，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。
提高CPU工作主頻主要受到生產(chǎn)工藝的限制。由于CPU是在半導體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導線進行聯(lián)接，由于在高頻狀態(tài)下要求導線越細越短越好，這樣才能減小導線分布電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此制造工藝的限制，是CPU主頻發(fā)展的最大障礙之一。
前端總線
總線是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個部件間的公共連線，用于在各個部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率?？偩€的種類很多，前端總線的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是將CPU連接到北橋芯片的總線。計算機的前端總線頻率是由CPU和北橋芯片共同決定的。
北橋芯片負責聯(lián)系內(nèi)存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量最大的部件，并和南橋芯片連接。CPU就是通過前端總線（FSB）連接到北橋芯片，進而通過北橋芯片和內(nèi)存、顯卡交換數(shù)據(jù)。前端總線是CPU和外界交換數(shù)據(jù)的最主要通道，因此前端總線的數(shù)據(jù)傳輸能力對計算機整體性能作用很大，如果沒足夠快的前端總線，再強的CPU也不能明顯提高計算機整體速度。數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8。目前PC機上所能達到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種，前端總線頻率越大，代表著CPU與北橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸能力越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能。現(xiàn)在的CPU技術發(fā)展很快，運算速度提高很快，而足夠大的前端總線可以保障有足夠的數(shù)據(jù)供給給CPU，較低的前端總線將無法供給足夠的數(shù)據(jù)給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統(tǒng)瓶頸。
外頻
外頻是CPU乃至整個計算機系統(tǒng)的基準頻率，單位是MHz（兆赫茲）。在早期的電腦中，內(nèi)存與主板之間的同步運行的速度等于外頻，在這種方式下，可以理解為CPU外頻直接與內(nèi)存相連通，實現(xiàn)兩者間的同步運行狀態(tài)。對于目前的計算機系統(tǒng)來說，兩者完全可以不相同，但是外頻的意義仍然存在，計算機系統(tǒng)中大多數(shù)的頻率都是在外頻的基礎上，乘以一定的倍數(shù)來實現(xiàn)，這個倍數(shù)可以是大于1的，也可以是小于1的。
說到處理器外頻，就要提到與之密切相關的兩個概念：倍頻與主頻，主頻就是CPU的時鐘頻率；倍頻即主頻與外頻之比的倍數(shù)。主頻、外頻、倍頻，其關系式：主頻＝外頻×倍頻。
倍頻
CPU的倍頻，全稱是倍頻系數(shù)。CPU的核心工作頻率與外頻之間存在著一個比值關系，這個比值就是倍頻系數(shù)，簡稱倍頻。理論上倍頻是從1.5一直到無限的，但需要注意的是，倍頻是以0.5為一個間隔單位。外頻與倍頻相乘就是主頻，所以其中任何一項提高都可以使CPU的主頻上升。
原先并沒有倍頻概念，CPU的主頻和系統(tǒng)總線的速度是一樣的，但CPU的速度越來越快，倍頻技術也就應允而生。它可使系統(tǒng)總線工作在相對較低的頻率上，而CPU速度可以通過倍頻來無限提升。那么CPU主頻的計算方式變?yōu)椋褐黝l = 外頻 x 倍頻。也就是倍頻是指CPU和系統(tǒng)總線之間相差的倍數(shù)，當外頻不變時，提高倍頻，CPU主頻也就越高。
外頻與前端總線頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是CPU和北橋芯片間總線的速度，更實質性的表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。而外頻的概念是建立在數(shù)字脈沖信號震蕩速度基礎之上的，也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一萬萬次，它更多的影響了PCI及其他總線的頻率。之所以前端總線與外頻這兩個概念容易混淆，主要的原因是在以前的很長一段時間里（主要是在Pentium 4出現(xiàn)之前和剛出現(xiàn)Pentium 4時），前端總線頻率與外頻是相同的，因此往往直接稱前端總線為外頻，最終造成這樣的誤會。隨著計算機技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)前端總線頻率需要高于外頻，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技術，或者其他類似的技術實現(xiàn)這個目的。這些技術的原理類似于AGP的2X或者4X，它們使得前端總線的頻率成為外頻的2倍、4倍甚至更高，從此之后前端總線和外頻的區(qū)別才開始被人們重視起來。
緩存
CPU緩存（Cache Memory）位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，它的容量比內(nèi)存小但交換速度快。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時間內(nèi)CPU即將訪問的，當CPU調用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度。由此可見，在CPU中加入緩存是一種高效的解決方案，這樣整個內(nèi)存儲器（緩存+內(nèi)存）就變成了既有緩存的高速度，又有內(nèi)存的大容量的存儲系統(tǒng)了。緩存對CPU的性能影響很大，主要是因為CPU的數(shù)據(jù)交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。
最早先的CPU緩存是個整體的，而且容量很低，英特爾公司從Pentium時代開始把緩存進行了分類。當時集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不足以滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量。因此出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊電路板上或主板上的緩存，此時就把 CPU內(nèi)核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。一級緩存中還分數(shù)據(jù)緩存（Data Cache，D-Cache）和指令緩存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分別用來存放數(shù)據(jù)和執(zhí)行這些數(shù)據(jù)的指令，而且兩者可以同時被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的沖突，提高了處理器效能。
核心類型
核心（Die）又稱為內(nèi)核，是CPU最重要的組成部分。CPU中心那塊隆起的芯片就是核心，是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來的，CPU所有的計算、接受/存儲命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。各種CPU核心都具有固定的邏輯結構，一級緩存、二級緩存、執(zhí)行單元、指令級單元和總線接口等邏輯單元都會有科學的布局。
為了便于CPU設計、生產(chǎn)、銷售的管理，CPU制造商會對各種CPU核心給出相應的代號，這也就是所謂的CPU核心類型。
不同的CPU（不同系列或同一系列）都會有不同的核心類型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一種核心都會有不同版本的類型（例如Northwood核心就分為B0和C1等版本），核心版本的變更是為了修正上一版存在的一些錯誤，并提升一定的性能，而這些變化普通消費者是很少去注意的。一般說來，新的核心類型往往比老的核心類型具有更好的性能。因此，核心類型在某種程度上決定了CPU的工作性能。
制作工藝
通常我們所說的CPU的“制作工藝”指得是在生產(chǎn)CPU過程中，要進行加工各種電路和電子元件，制造導線連接各個元器件。通常其生產(chǎn)的精度以微米（長度單位，1微米等于千分之一毫米）來表示，未來有向納米（1納米等于千分之一微米）發(fā)展的趨勢，精度越高，生產(chǎn)工藝越先進。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。
制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設計，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。微電子技術的發(fā)展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特征尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工藝在1995年以后，從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.09微米，而0.065微米（65納米）的制造工藝將是下一代CPU的發(fā)展目標。
封裝技術
所謂“封裝技術”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術。以CPU為例，我們實際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品。
封裝對于芯片來說是必須的，也是至關重要的。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。由于封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設計和制造，因此它是至關重要的。封裝也可以說是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術都是非常關鍵的一環(huán)。
超線程技術
超線程技術是在一顆CPU同時執(zhí)行多個程序而共同分享一顆CPU內(nèi)的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執(zhí)行兩個線程，P4處理器需要多加入一個Logical CPU Pointer（邏輯處理單元）。因此新一代的P4 HT的die的面積比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU（整數(shù)運算單元）、FPU（浮點運算單元）、L2 Cache（二級緩存）則保持不變，這些部分是被分享的。
雖然采用超線程技術能同時執(zhí)行兩個線程，但它并不象兩個真正的CPU那樣，每各CPU都具有獨立的資源。當兩個線程都同時需要某一個資源時，其中一個要暫時停止，并讓出資源，直到這些資源閑置后才能繼續(xù)。因此超線程的性能并不等于兩顆CPU的性能。
需要注意的是，含有超線程技術的CPU需要芯片組、軟件支持，才能比較理想的發(fā)揮該項技術的優(yōu)勢。
雙核心類型
在2005年以前，主頻一直是兩大處理器巨頭Intel和AMD爭相追逐的焦點。而且處理器主頻也在Intel和AMD的推動下達到了一個又一個的高峰就在處理器主頻提升速度的同時，也發(fā)現(xiàn)在目前的情況下，單純主頻的提升已經(jīng)無法為系統(tǒng)整體性能的提升帶來明顯的好處，并且高主頻帶來了處理器巨大的發(fā)熱量，更為不利是Intel和AMD兩家在處理器主頻提升上已經(jīng)有些力不從心了。在這種情況下，Intel和AMD都不約而同地將投向了多核心的發(fā)展方向在不用進行大規(guī)模開發(fā)的情況下將現(xiàn)有產(chǎn)品發(fā)展成為理論性能更為強大的多核心處理器系統(tǒng)，無疑是相當明智的選擇。
雙核處理器就基于單個半導體的一個處理器上擁有兩個一樣功能的處理器核心，即是將兩個物理處理器核心整合入一個內(nèi)核中。事實上，雙核架構并不是什么新技術，不過此前雙核心處理器一直是服務器的專利，現(xiàn)在已經(jīng)開始普及之中。
64位技術
這里的64位技術是相對于32位而言的，這個位數(shù)指的是CPU GPRs（General-Purpose Registers，通用寄存器）的數(shù)據(jù)寬度為64位，CPU在單位時間內(nèi)能一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)。64位指令集就是運行64位數(shù)據(jù)的指令，也就是說處理器一次可以運行64bit數(shù)據(jù)。64bit計算主要有兩大優(yōu)點：可以進行更大范圍的整數(shù)運算；可以支持更大的內(nèi)存。
