第2章中央处理器1.ppt

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1、第2章 中央处理器,“十二五”职业教育国家规划教材 北京市精品教材,获全国优秀畅销书奖-国内销量最多的组装与维修类书,中央处理器（Central Processing Unit，CPU）是微机最重要的组成部分，其规格与频率常用来衡量微机的性能。多年来CPU的发展一直遵循“摩尔定律”：CPU性能每隔18个月提高一倍，价格下降一半。现在CPU仍朝着多核心、多线程的方向发展。,Intel公司成立于1968年，AMD公司成立于1969年5月1日。,2.1 CPU的发展历史,2.1.1 4位处理器1971年，Intel公司成功地把传统的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上，发布了第一款微处理器芯

2、片4004，4004的字长为4bit（位），采用10m（微米）制造工艺。,2.1.2 8位处理器1972年，Intel公司研制出8008处理器，字长为8bit。,2.1.3 16位处理器1Intel 8086/8088处理器1978年6月8日，Intel公司推出了首枚16位微处理器i8086。,2Intel 80286处理器1982年，Intel推出了80286处理器，其内部和外部数据总线位宽皆为16bit。,使用80286的电脑,2.1.4 32位处理器1Intel 80386处理器1985年，Intel发布80386DX处理器，80386DX的内部和外部数据总线位宽都为32bit。,2In

3、tel 80486处理器1989年，Intel推出了Socket 1接口的486处理器，如图2-7所示。80486为32位微处理器。,3Intel Pentium处理器1993年，Intel公司发布了Pentium（奔腾）处理器，Pentium处理器为32位微处理器。Pentium产品经历了3代，处理器的接口分别采用Socket 4、Socket 5和Socket 7。,苹果Power Macintosh 6100使用的处理器，同时也被用于任天堂Wii和微软Xbox 360游戏机中。,PowerPC是Apple、IBM和摩托罗拉（Motorola）联盟（也称为AIM联盟）的产物，它基于POWE

4、R体系结构，但是与POWER又有很多的不同。例如，PowerPC是开放的，它既支持高端的内存模型，也支持低端的内存模型，而POWER芯片是高端的。最初的PowerPC设计也着重于浮点性能和多处理能力的研究。当然，它也包含了大部分POWER指令。很多应用程序都能在PowerPC上正常工作，这可能需要重新编译以进行一些转换。,4Intel Pentium处理器1997年，Intel公司发布了Pentium处理器，处理器接口也从Socket 7转向Slot 1。,5Intel Pentium 1999年，Intel公司发布了Pentium 处理器，采用Slot 1接口。2000年3月，AMD公司领先

5、于Intel公司推出了1GHz的Athlon（K7）微处理器，其性能超过了Pentium。,为了降低成本，后来的Pentium 都改为Socket 370接口。同期，AMD公司推出了Athlon（速龙），它采用462针的Socket A接口。,6Intel Pentium 4处理器Intel公司在2000年11月发布了Pentium 4，采用Socket 423接口，后期的Pentium 4均改为Socket 478接口。同期AMD公司推出了Athlon XP，如图2-21所示，仍采用Socket A接口。,2.1.5 64位处理器对x86架构进行扩展，从而实现同时兼容32位和64位运算，这一

6、理念是由AMD率先提出的。1AMD Athlon 64系列2003年9月，AMD发布了桌面64位Athon 64系列处理器（也称K8架构）。,2Intel Pentium 4 64位系列Intel公司于2005年2月发布了桌面64位双核心处理器Pentium D，如图2-24所示，LGA775接口。,2.1.6 64位双核、四核心处理器1Intel双核、四核心处理器2006年7月，Intel发布了新一代的全新的微架构桌面处理器Core 2 duo（酷睿2），并且宣布正式结束Pentium时代。Core 2采用65nm制造工艺，LGA775接口。,2AMD桌面双核、四核心处理器2005年5月，A

7、MD发布了第一款64位双核CPU基于K8架构的Athlon 64 X2系列（包括4800+、4600+、4400+及4200+等），Socket 939接口。2007年11月，AMD发布了基于全新K10架构的四核Phenom处理器系列，采用65nm工艺、Socket AM2+接口。2009年6月，AMD推出了K10.5架构的双核、四核心处理器Phenom II、Athlon II，接口为AM3，采用先进的45nm SOI制作工艺。,2.1.7 64位新一代多核心处理器1Intel多核心处理器（1）Intel第一代Core i系列处理器2010年1月，Intel公司发布了Core i系列处理器，

8、采用45 nm制造工艺，分别采用LGA 1366接口和LGA 1156接口。i5-600系列基于Westmere架构，核心代号为Clarkdale。,（2）Intel第二代Core i系列处理器2011年1月Intel公司发布了第二代Core i系列处理器Core i7/i5/i3，命名为第二代智能酷睿处理器。第二代Core i处理器均采用32nm制造工艺的Sandy Bridge微架构，第二代产品采用LGA 1155接口。,（3）Intel第三代Core i系列处理器2012年4月，Intel公司发布了第三代Core i系列处理器，工艺更新到22nm，带来了Ivy Bridge，它只是San

9、dy Bridge的改进版，并非全新微架构。第三代产品采用LGA 1155接口，与第二代相同，两者兼容。,（4）Intel第四代Core i系列处理器按照英特尔的嘀嗒战略，2013是英特尔的Tock之年，这一年的产品主要是在微架构上进行改变。这次我们看到，Haswell采用的是22nm工艺，那么在架构上又哪些改变呢？我们继续往下看。,英特尔第四代Core i3/5/7处理器商标与平台架构图,架构图,英特尔第四代 Core i3/5/7-4xxx处理器(代号Haswell)，依照桌机、笔记本或平板等平台等，对绘图效能与功耗的均衡需求，内建不同等级的GPU，从桌机CPU使用的Intel HD gr

10、aphics(GT1)、Intel HD graphics 4600/4400/4200(GT2)、Intel HD graphics 5000到笔记本CPU所使用的Intel HD graphics 4600/4400/4200(GT2)、Intel Iris 5100(GT3)、Iris Pro graphics 5200(GT3e)图形处理核心。,（5）Intel第五代Core i系列处理器2014年，Intel第五代酷睿（代号Broadwell）由于工艺发展遇到了困难而不得不推迟到2015年1月发布，使得Tick-Tock节奏止步于14nm。2015年1月6日在美国拉斯维加斯举办的CE

11、S 2015展会上，英特尔发布了第五代Core酷睿处理器，主要面向笔记本电脑、台式机，以及二合一电脑产品（即PC和平板二合一的超级本产品）。它的出现填补了2014年所留下的空白,（5）Intel第五代Core i系列处理器 全新的Broadwell平台、全新的14nm制程、全新一代核芯显卡让第五代酷睿处理器在性能方面更上一层楼。按照Intel“Tick-Tock”升级策略来看，Broadwell处理器属于“Tick”环节，也就是架构不变，单纯升级制造工艺。所以，我们可以把Broadwell处理器看做是14nm版的Haswell，不过核显升级到了第八代，也就是HD Graphics 6000系列

12、。,第五代酷睿Broadwell属于“Tick-Tock”战略中“Tick”这一步，意为架构不变，制程改进。第五代酷睿i最大的改变：采用最新的14nm的制程工艺，更先进的制程工艺可以带来更好的功耗表现，另外还可以节省生产成本。除了从22nm升级到14nm的变化之外，处理器的架构基本保持不变，五代酷睿Broadwell和四代酷睿Haswell一样。第五代使用的是LGA 1150接口，和四代一样，兼容9系主板。,Intel处理器编号命名规则：,SKU通常是代表处理器性能高低，通常数值越大默认主频越高，我们通常用这个数值高低来区分相同类型处理器性能之间的差别;,（6）Intel第六代Core i系列

13、处理器 自从“Tick-Tock”路线确定下来之后，Intel处理器一直保持着一年一升级的节奏。但计划总赶不上变化快，一年一升级的节奏在2014年的五代酷睿被打破！无奈之下，Haswell-Refresh前来救场，五代和六代被迫安排到2015年里一同发出。,2015年8月5日Intel第六代 Core i（代号Skylake）正式发布，“Skylake”的特性可以总结为以下四点：1、14nm工艺新架构，性能更强，超频潜力更大，据说已经有人成功风冷下超频至5.2GHz，移除电压调节器；2、核芯显卡增强，升级为第九代核显，目前核显型号确认为：Iris 550是属于GT3级别（48个执行单元）；3、

14、接口改变，使用LGA1151接口，不兼容旧平台。4、同时支持DDR4和DDR3L（低电压），1.5V DDR3并不兼容，定位高端的Z170主板清一色都是DDR4插槽，主流定位的B150就有DDR3L和DDR4插座共存的产品。,Intel公布的第六代酷睿处理器包装盒图,http:/,英特尔2007年制定了“tick-tock”产品发布周期，“tick”代表着制造工艺的进步，“tock”则代表着新架构。这一模式提供了稳定的产品升级计划，也表明同时采用新制造工艺和新架构极其困难。一次解决一个问题降低了生产新款芯片的难度。,2AMD多核心处理器（1）AMD第一代APU系列处理器AMD公司于2011年6

15、月发布了研发代号为Llano的AMD A系列APU产品。AMD A系列采用32nm制造工艺，CPU单元基于K10.5架构，内置HD 6000D系列独显核心。全新的FM1接口，不兼容AM3/AM3+CPU。,47,APU全称是Accelerated Processing Units（中文名：加速处理器），它是由AMD收购ATI之后提出的，是CPU与GPU两种异架构芯片真正融合后的产品，也是电脑里面两个最重要处理器的融合，相互补足，实现异构计算加速以发挥最大性能。在APU平台上，AMD提出了“独显核心”和“融合平台”两个新名称，其中“独显核心”指的是APU内置的GPU；“融合平台”则是APU+主板

16、组成的整合平台。,48,AMD A系列APU微架构由5大部分融合而成：CPU、GPU、北桥、内存控制器、输入/输出控制器。,49,整合北桥芯片作为枢纽，CPU通过北桥访问内存；采用Fusion Compute Link来将北桥、GPU、IO连接在一起，同时在GPU和北桥之间搭建Radeon Memory Bus，目的是让GPU与内存进行高速数据交换，从而提升3D性能与并行计算性能。,第一代Llano APU内核,Llano APU架构图,（2）AMD FX系列 AMD公司于2011年9月发布了Bulldozer（推土机）微架构，代号Zambezi核心的新一代处理器FX系列，AMD FX系列是高

17、端、旗舰级CPU，面向高端桌面市场。Bulldozer微架构是AMD K10之后的最新一代CPU微架构，Bulldozer微架构的重大改进主要有：采用32nm SOI制造工艺，全新的模块化设计。FX系列采用新的封装接口Socket AM3+（向下兼容）。,（3）AMD第二代APU系列处理器Trinity（x86 Piledriver）2012年6月，AMD发布了第二代APU（代号Trinity），CPU单元引入模块化Piledriver打桩机架构，32nm工艺制造。第二代APU采用FM2接口。在性能方面，Piledriver的性能要比推土机Bulldozer架构提升了10%到15%。,Trin

18、ity APU核心,（4）AMD第三代APU系列处理器Richland（x86 Piledriver）AMD于2013年5月发布了代号为“Richland”的桌面级APU处理器。Richland的CPU部分采用增强版本的Piledriver打桩机架构，32nm制造工艺，FM2接口；GPU部分则升级至HD 8000系列，可与外部独显进行交火。新的系列包括双核和四核产品，TDP（散热设计功耗）分别为65W和100W。Richland APU依旧分为A4、A6、A8和A10四大系列，提前发布的四款均针对移动市场，型号分别为A10-5750M、A8-5550M、A6-5350M以及A4-5150M，,

19、（5）AMD第四代APU系列处理器Kaveri（x86 Steamroller）2014年1月，AMD第四代APU Kaveri正式发布。Kaveri带来了28nm工艺、Steamroller压路机CPU架构、GCN GPU架构、HSA异构系统架构、hUMA内存统一寻址、最多12个计算核心、Mantle、TrueAudio、4K UHD超高清、PCI-E 3.0总线、Socket FM2+封装接口等一系列新的面貌，被誉为AMD历史上最先进的处理器架构。,在这一代APU中，Kaveri将制程工艺升级到28nm，CPU部分采用的是压路机（Steamroller）架构，这是继推土机、打桩机之后AMD

20、第三代模块化设计CPU核心，宣称相比上一代产品IPC性能提升量可达18%。以往的APU产品内置GPU往往比独立显卡产品线落后一代，但这一代Kaveri直接融合了最新GCN架构R7系列独显核心，最高可以拥有512个流处理器，相当于HD7750级别了，可以大幅度提升APU平台的3D性能。,Kaveri APU内核,首发阵容共有三款型号。A10-7850K是旗舰级产品，四核心，4MB二级缓存，主频3.7-4.0GHz，倍频解锁，图形核心Radeon R7，512个流处理器(相当于8个计算核心)，频率720MHz，内存支持DDR3-2133，热设计功耗95W。官方标价173美元,历代APU细节对比,各

21、种处理器的工艺、晶体管、核心面积、集成度对比,（6）AMD第五代APU系列处理器 AMD于2014年5月发布了移动版的低功耗APU Beema/Mullins。这个版本可能被AMD称为第五代APU。,（7）AMD第六代APU系列桌面处理器 2015年5月10日，AMD全新第六代桌面版APU产品线正式发布。第六代桌面版APU采用Godavari架构，Godavari是对上一代Kaveri架构的改进，依然延续了28纳米的工艺制程。,第六代APU基于“挖掘机”核心和第三代次世代图形核心（GCN）架构设计，提供多达12个计算核心（4个CPU+8个GPU）。最多拥有四个挖掘机架构x86核心，集成的Rad

22、eon显卡基于GCN 1.1架构，集成双通道DDR3内存控制器，支持异构系统架构。,AMD新版LOGO标识，包括FX、A10、A8。最关键的变化在于底部，增加了一个“6-th Generation”(第六代)的标注，这在APU乃至是AMD处理器历史上还是第一次。印上六代的标识意图很清晰就是为了有更好的市场推广。,众所周知，Intel的酷睿2015年推出代号Skylake的第六代，而之前的Broadwell是第五代，如此称呼非常方便区分，而无论媒体、经销商还是消费者，都很欢迎这种称呼。于是乎，AMD也准备如法炮制，而且巧合的是，如果只计算A系列APU，Carrizo正好也是第六代，之前的五代分别

23、是Llano、Trinity、Richland、Kaveri、Godavari。,型号命名上，AMD直接提升了一个时代，变为Ax-8050系列，都是以50作为数字部分的结尾已知型号有：A10-8850K、A10-8750、A8-8650K、A8-8650、A6-8550K、Athlon X4 870K、Athlon X4 850、A10 Pro-8850B、A10 Pro-8750B、A8 Pro-8650B、A6 Pro-8550B、A4 Pro-8350B。,（8）AMD下一代处理器Zen系列AMD向来因为PPT做得好而倍受网友们的赞誉，做CPU比NVIDIA强，做GPU比Intel（英特

24、尔）强也是业界公认的事实。挖掘机与Zen架构对比,至于制造工艺，AMD将在2016年跳过20纳米直接使用14纳米FinFET工艺。Zen架构APU将使用FM3接口，支持DDR4和PCI-E 3.0。必须要提到的是其集成的HBM（high-bandwidth memory）高带宽显存控制器，这种高带宽显存可以提供512GB/s的带宽，能够大幅提高图形芯片的性能。,Zen系列将使用同步多线程（SMT）设计，采用类似于英特尔的超线程技术的一个核心对应两个线程的结构。Zen系列还拥有全新的高带宽低延迟缓存技术，并将会采用全新的14nmFinFET设计工艺。,Zen系列x86微架构处理器,AMD的核心架构发展,谢谢！,