第2章中央處理器“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

北京市精品教材獲全國優(yōu)秀暢銷書獎(jiǎng)--國內(nèi)銷量最多的組裝與維修類書2.1CPU的發(fā)展歷史Intel公司成立于1968年，AMD公司成立于1969年5月1日。2.1CPU的發(fā)展歷史PC軟件先鋒——加里·基爾達(dá)爾/2013/0813/27692.html2.1.14位處理器1971年，Intel公司成功地把傳統(tǒng)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，發(fā)布了第一款微處理器芯片4004，4004的字長(zhǎng)為4

bit（位），采用10

m（微米）制造工藝，共集成有2300個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為1MHz。2.1.28位處理器1972年，Intel公司研制出8008處理器，字長(zhǎng)為8

bit，晶體管數(shù)量為3500個(gè)，速度為200kHz。。2.1.316位處理器1．Intel8086/8088處理器1978年6月8日，Intel公司推出了首枚16位微處理器i8086。Intel8086處理器集成了2.9萬個(gè)晶體管，采用3m制造工藝，時(shí)鐘頻率為4.77MHz。2．Intel80286處理器1982年，Intel推出了80286處理器，其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線位寬皆為16

bit，其內(nèi)部包含13.4萬個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。使用80286的電腦2.1.432位處理器1．Intel80386處理器1985年，Intel發(fā)布80386DX處理器，80386DX的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線位寬都為32

bit。其內(nèi)部包含27.5萬個(gè)晶體管，工作頻率為16MHz，后來逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz和40MHz。2．Intel80486處理器1989年，Intel推出了Socket1接口的486處理器，如圖2-7所示。80486為32位微處理器，集成了125萬個(gè)晶體管，其時(shí)鐘頻率從25MHz逐步提高到33～50MHz。3．IntelPentium處理器1993年，Intel公司發(fā)布了Pentium（奔騰）處理器，Pentium處理器為32位微處理器。Pentium產(chǎn)品經(jīng)歷了3代，處理器的接口分別采用Socket4、Socket5和Socket7。蘋果PowerMacintosh6100使用的處理器，同時(shí)也被用于任天堂Wii和微軟Xbox360游戲機(jī)中。

PowerPC是Apple、IBM和摩托羅拉（Motorola）聯(lián)盟（也稱為AIM聯(lián)盟）的產(chǎn)物，它基于POWER體系結(jié)構(gòu)，但是與POWER又有很多的不同。例如，PowerPC是開放的，它既支持高端的內(nèi)存模型，也支持低端的內(nèi)存模型，而POWER芯片是高端的。最初的PowerPC設(shè)計(jì)也著重于浮點(diǎn)性能和多處理能力的研究。當(dāng)然，它也包含了大部分POWER指令。很多應(yīng)用程序都能在PowerPC上正常工作，這可能需要重新編譯以進(jìn)行一些轉(zhuǎn)換。

4．IntelPentiumⅡ處理器1997年，Intel公司發(fā)布了PentiumⅡ處理器，處理器接口也從Socket7轉(zhuǎn)向Slot1。5．IntelPentiumⅢ1999年，Intel公司發(fā)布了PentiumⅢ處理器，采用Slot1接口。2000年3月，AMD公司領(lǐng)先于Intel公司推出了1

GHz的Athlon（K7）微處理器，其性能超過了PentiumⅢ。為了降低成本，后來的PentiumⅢ都改為Socket370接口。同期，AMD公司推出了Athlon（速龍），它采用462針的SocketA接口。6．IntelPentium4處理器Intel公司在2000年11月發(fā)布了Pentium4，采用Socket423接口，后期的Pentium4均改為Socket478接口。同期AMD公司推出了AthlonXP，如圖所示，仍采用SocketA接口。2.1.564位處理器對(duì)x86架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)兼容32位和64位運(yùn)算，這一理念是由AMD率先提出的。1．AMDAthlon64系列2003年9月，AMD發(fā)布了桌面64位Athon64系列處理器（也稱K8架構(gòu)）。

2．IntelPentium464位系列Intel公司于2005年2月發(fā)布了桌面64位雙核心處理器PentiumD，如圖所示，LGA775接口。2.1.664位雙核、四核心處理器1．Intel雙核、四核心處理器2006年7月，Intel發(fā)布了新一代的全新的微架構(gòu)桌面處理器——Core2duo（酷睿2），并且宣布正式結(jié)束Pentium時(shí)代。Core2采用65

nm制造工藝，LGA775接口。2．AMD桌面雙核、四核心處理器2005年5月，AMD發(fā)布了第一款64位雙核CPU——基于K8架構(gòu)的Athlon64X2系列（包括4800+、4600+、4400+及4200+等），Socket939接口。2007年11月，AMD發(fā)布了基于全新K10架構(gòu)的四核Phenom處理器系列，采用65

nm工藝、SocketAM2+接口。2009年6月，AMD推出了K10.5架構(gòu)的雙核、四核心處理器PhenomII、AthlonII，接口為AM3，采用先進(jìn)的45

nmSOI制作工藝。

2.1.7Intel64位酷睿多核處理器自2006年Core2處理器發(fā)布后，Intel公司就以“Tick-Tock”鐘擺節(jié)奏有規(guī)律地更新處理器，Tick-Tock指的是制程與架構(gòu)交替更新的演進(jìn)方案。按照Intel的計(jì)劃，每?jī)赡赀M(jìn)行一次的制程與架構(gòu)進(jìn)步，其中Tick年代表制程工藝的升級(jí)，Tock年是在維持相同制程工藝的前提下進(jìn)行微架構(gòu)的革新。英特爾2007年制定了“tick-tock”產(chǎn)品發(fā)布周期，“tick”代表著制造工藝的進(jìn)步，“tock”則代表著新架構(gòu)。這一模式提供了穩(wěn)定的產(chǎn)品升級(jí)計(jì)劃，也表明同時(shí)采用新制造工藝和新架構(gòu)極其困難。一次解決一個(gè)問題降低了生產(chǎn)新款芯片的難度。從奔騰P6到SkylakeIntel架構(gòu)發(fā)展路線圖http://dig回顧：Intel最令人難忘16款X86處理器/news234344/31年的偉大歷程！探尋X86處理器發(fā)展史/article/1307341.html

微處理器40周年，處理器歷史全面回顧/258/2582059.html酷睿系列處理器產(chǎn)品的命名采用：產(chǎn)品標(biāo)識(shí)（i9/i7/i5/i3）+“-”+代數(shù)+編碼+后綴。以Corei7-10710K為例，i7表示型號(hào)，后綴數(shù)字前兩位10代表這是第十代處理器，710代表編碼；后綴帶K的型號(hào)不鎖倍頻，支持核顯；后綴帶KF的型號(hào)不鎖倍頻，不支持核顯；無后綴的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)鎖倍頻，支持核顯。1．Intel第十代酷睿系列處理器2019年9月Intel發(fā)布第十代酷睿處理器，第十代酷睿處理器核心代號(hào)CometLake-S，依然還是采用SkyLake架構(gòu)，與第九代至第六代酷睿處理器相同，只是核心數(shù)量最大提升至10核，制程工藝依然是14nm++。首發(fā)產(chǎn)品包括i9、i7、i5、i3四個(gè)產(chǎn)品線，i9是10核心，i7是8核心，i5是6核心，i3是4核心，并且這代酷睿處理器全線支持超線程技術(shù)。十代酷睿系列所有型號(hào)及參數(shù)十代奔騰/賽揚(yáng)型號(hào)及參數(shù)十代低壓型號(hào)及參數(shù)如圖所示是Corei5-10600K處理器的外觀及用CPU-Z測(cè)試得到的數(shù)據(jù)。2．Intel第11代酷睿系列處理器2021年3月Intel正式發(fā)布了代號(hào)RocketLake-S的第十一代酷睿臺(tái)式機(jī)處理器，換用全新的CypressCove處理器架構(gòu)。第十一代酷睿臺(tái)式機(jī)處理器計(jì)算核心相對(duì)于第六代酷睿處理器開始采用的Skylake架構(gòu)（當(dāng)時(shí)CPU和微架構(gòu)代號(hào)尚未分開，均稱為Skylake）有大約19%的IPC（每時(shí)鐘周期指令數(shù)）提升。CypressCove仍采用14nm+++工藝生產(chǎn)，RocketLake-S的處理器核心數(shù)量最多只有8顆。RocketLake-s處理器的最大改進(jìn)就是支持PCIe4.0技術(shù)，處理器提供了多達(dá)20條PCIe4.0通道，其中16條可以用于PCIe4.0顯卡，另外4條則用于PCIe4.0SSD。2.1.8AMD64位APU多核處理器APU（AcceleratedProcessingUnit，加速處理器）是AMD公司收購ATI公司之后提出的，它把CPU與GPU的功能融合在一起，封裝在一個(gè)核心里，是CPU與GPU兩種異架構(gòu)芯片真正融合后的產(chǎn)品，也是計(jì)算機(jī)中兩個(gè)最重要處理器的融合，相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算加速以發(fā)揮最大性能。AMDA系列面向桌面主流市場(chǎng)，A系列APU是AMD公司近幾年來最重要的產(chǎn)品之一。AMDA系列APU微架構(gòu)由5部分融合而成：CPU、GPU、北橋、內(nèi)存控制器和輸入/輸出控制器。1．AMD第一代APU處理器AMD公司于2011年6月發(fā)布了研發(fā)代號(hào)為L(zhǎng)lano的AMDA系列APU產(chǎn)品。AMDA系列采用32

nm制造工藝，CPU單元基于K10.5架構(gòu)，內(nèi)置HD6000D系列獨(dú)顯核心。全新的FM1接口，不兼容AM3/AM3+CPU。2.AMD第二代APU處理器2012年6月，AMD發(fā)布了第二代APU（代號(hào)Trinity），CPU單元引入模塊化Piledriver打樁機(jī)架構(gòu)，32

nm工藝制造。第二代APU采用FM2接口。在性能方面，Piledriver的性能要比推土機(jī)Bulldozer架構(gòu)提升了10%到15%。TrinityAPU核心AMD臺(tái)式機(jī)版TrinityAPU首測(cè)/1/231/231475.htm

全新“Piledriver”架構(gòu)AMDTrinityAPU全解析/331/12434331.shtml3．AMD第三代APU處理器2013年6月，AMD發(fā)布了核心代號(hào)為Richland的第三代APU產(chǎn)品，這一代屬于Trinity的小幅度增強(qiáng)版，AMD將其稱為增強(qiáng)打樁機(jī)Piledriver。Richland無論架構(gòu)還是制程工藝都與Trinity相同，沿用FM2接口，基于32nm工藝制作，基礎(chǔ)頻率突破4.0GHz，命名為“6系列”。代號(hào)Richland！AMD第三代APU平臺(tái)全面解析/html/2013/20133/2013313_233840_1.html4．AMD第四代APU處理器2014年1月，AMD發(fā)布了第四代APU產(chǎn)品KaveriAPU，命名為7系列。KaveriAPU采用模塊化Steamroller（壓路機(jī)）架構(gòu)，制造工藝28nm；擁有4個(gè)CPU核心和8個(gè)GPU圖形單元，共計(jì)12個(gè)計(jì)算核心（ComputeCores）；CPU頻率為3.7～4.0GHz，二級(jí)緩存4MB，內(nèi)存支持DDR3-2400。GPU核心為桌面級(jí)RadeonR7。KaveriAPU內(nèi)核KaveriAPU正式發(fā)布：詳細(xì)解析、對(duì)比測(cè)試/1/290/290018.htm

APU史上最重大革新！Kaveri架構(gòu)全面解析/213/35791213.shtml5．AMD第五代APU處理器AMD于2014年5月發(fā)布了移動(dòng)版的低功耗APUBeema/Mullins，28nm制造工藝。這個(gè)版本被AMD稱為第五代APU。第五代沒有桌面版產(chǎn)品。AMDBeema/MullinsAPU全解析和性能測(cè)試

/html/news/201405/9117_1.html6.AMD第六代APU系列桌面處理器2015年5月10日，AMD全新第六代桌面版APU產(chǎn)品線正式發(fā)布。第六代桌面版APU采用Godavari架構(gòu)，Godavari是對(duì)上一代Kaveri架構(gòu)的改進(jìn)，依然延續(xù)了28納米的工藝制程。第六代APU基于“挖掘機(jī)”核心和第三代次世代圖形核心（GCN）架構(gòu)設(shè)計(jì)，提供多達(dá)12個(gè)計(jì)算核心（4個(gè)CPU+8個(gè)GPU）。最多擁有四個(gè)挖掘機(jī)架構(gòu)x86核心，集成的Radeon顯卡基于GCN1.1架構(gòu)，集成雙通道DDR3內(nèi)存控制器，支持異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)。AMD新版LOGO標(biāo)識(shí)，包括FX、A10、A8。新標(biāo)識(shí)的整體設(shè)計(jì)和當(dāng)前的基本一致，不過周邊底色從黑色變成了白色，中間背景從紋理變成了硅芯片內(nèi)核的樣子。最關(guān)鍵的變化在于底部，增加了一個(gè)“6-thGeneration”(第六代)的標(biāo)注，這在APU乃至是AMD處理器歷史上還是第一次。印上六代的標(biāo)識(shí)意圖很清晰就是為了有更好的市場(chǎng)推廣。眾所周知，Intel的酷睿將在今年推出代號(hào)Skylake的第六代，而之前的Broadwell是第五代，如此稱呼非常方便區(qū)分，而無論媒體、經(jīng)銷商還是消費(fèi)者，都很歡迎這種稱呼。

于是乎，AMD也準(zhǔn)備如法炮制，而且巧合的是，如果只計(jì)算A系列APU，Carrizo正好也是第六代，之前的五代分別是Llano、Trinity、Richland、Kaveri、Godavari。今后在產(chǎn)品包裝盒、OEM規(guī)格表等地方，AMD也會(huì)突出這是第六代APU，而且在AMD官方網(wǎng)站上，已經(jīng)開始大張旗鼓地預(yù)熱了。不過值得注意的是這里說的FX系列竟然也是APU家族的。型號(hào)命名上，AMD直接提升了一個(gè)時(shí)代，變?yōu)锳x-8050系列，都是以50作為數(shù)字部分的結(jié)尾已知型號(hào)有：A10-8850K、A10-8750、A8-8650K、A8-8650、A6-8550K、AthlonX4870K、AthlonX4850、A10Pro-8850B、A10Pro-8750B、A8Pro-8650B、A6Pro-8550B、A4Pro-8350B。AMD第六代APU發(fā)布！/20150605/n414478168.shtml看AMD今年的新APU：竟然還降頻！/1/380/380086.htm

AMD推第六代GodavariAPU：售價(jià)42美元起/520/5201517.html

/1/377/377909.htm

AMD新一代APU集體出列：型號(hào)之謎徹底揭開/1/432/432130.htm7．AMD第七代APU處理器2016年9月AMD發(fā)布了代號(hào)為BristolRidge的桌面第七代AMDA系列APU產(chǎn)品，CPU架構(gòu)升級(jí)為Excavator（挖掘機(jī)）架構(gòu)。第七代采用改進(jìn)的28nm制程工藝，SocketAM4封裝接口。第七代APU產(chǎn)品有高端的A12、A10，支持DDR4-2400內(nèi)存；低端的A8、A6、ATHLON支持DDR4-2133。支持USB3.1、HDMI2.0、PCI-E3.0、H.265硬件解碼、VP9解碼、MJPEG解碼。AMD為第七代APU準(zhǔn)備了三款A(yù)M4接口的芯片組，AMDB350對(duì)應(yīng)主流市場(chǎng)、AMDA320對(duì)應(yīng)大眾市場(chǎng)，AMDX/B/A300對(duì)應(yīng)小型主板。BristolRidgeAPU的LOGO標(biāo)識(shí)包括A12、A10、A8、A6、ATHLON，新標(biāo)識(shí)的周邊為黑色，中間背景為紅色紋理，并增加了“7THGEN”（第七代）的標(biāo)注，如圖2-51所示。

2.1.9AMD64位銳龍?zhí)幚砥鲝?012年AMD開始研發(fā)Zen微架構(gòu)處理器，到2017年3月上市，研發(fā)Zen微架構(gòu)處理器花費(fèi)了將近5年的時(shí)間。新微架構(gòu)“Zen”（禪），Zen架構(gòu)的處理器支持和英特爾一樣的超線程技術(shù)。Zen架構(gòu)當(dāng)中每四個(gè)核心組成一個(gè)簇，其中每核心擁有512KB的二級(jí)緩存，然后一個(gè)簇中的四個(gè)核心共享8MB三級(jí)緩存。

AMDZen是一次真正從底層開始完全重新設(shè)計(jì)的CPU架構(gòu)，性能、能效并重，號(hào)稱IPC（每時(shí)鐘周期指令數(shù)）比上代挖掘機(jī)提升了超過40%。AMD給Zen微架構(gòu)的處理器起了一個(gè)新的名字Ryzen，中文名為銳龍。銳龍Ryzen處理器采用了全新的Zen微架構(gòu)，跟FX系列推土機(jī)架構(gòu)及更早的羿龍K10架構(gòu)完全不同，是一次重大升級(jí)。Ryzen要取代的是Bulldozer（推土機(jī)）及其后來改進(jìn)版本的Piledriver（打樁機(jī)）、Steamroller（壓路機(jī)）、Excavator（挖掘機(jī)）。AMD稱，Ryzen代表新x86架構(gòu)，將至少維持4年壽命。Ryzen采用全新的AM4處理器接口，1331針。在未來這四年中，AMD不是效仿Intel的Tick（制程）-Tock（架構(gòu)），而是tock→tock→tock，也就是每年都有一代Ryzen的新架構(gòu)。Zen架構(gòu)是未來多年發(fā)展的基礎(chǔ)，其中12nmZen+已經(jīng)于2018年3月上市，2019年將帶來第二代Zen2，采用新的7nm制程工藝，從多個(gè)方面改進(jìn)架構(gòu)。第三代架構(gòu)Zen3，工藝標(biāo)注為7nm+，也就是升級(jí)版7nm，在2020年11月面世。Zen4將于2021年底前后發(fā)布，采用新的5nm制程工藝。AMDX86處理器計(jì)劃，如圖2-54所示。第一代Zen架構(gòu)，高端消費(fèi)級(jí)代號(hào)是ThreadRipper（線程撕裂者），不帶顯示核心的CPU代號(hào)是SummitRidge，帶顯示核心的APU代號(hào)是BristolRidge。第二代Zen+架構(gòu)，高端消費(fèi)級(jí)代號(hào)是ThreadRipper2（線程撕裂者），不帶顯示核心的CPU代號(hào)是PinnacleRidge，帶顯示核心的APU代號(hào)是RavenRidge。第三代Zen2架構(gòu)，高端消費(fèi)級(jí)代號(hào)是ThreadRipper2重新設(shè)計(jì)為CastlePeak。不帶顯示核心的CPU代號(hào)是Matisse（馬蒂斯），帶顯示核心的APU代號(hào)是Picasso（畢加索）。第四代Zen3架構(gòu)，高端消費(fèi)級(jí)代號(hào)是NGHEDT（Next-GenHigh-DeskTopTop，下一代高端消費(fèi)級(jí)），不帶顯示核心的CPU代號(hào)是Vermeer（弗美爾），帶顯示核心的APU代號(hào)是Renoir（雷諾阿）。Zen2、Zen3的處理器代號(hào)會(huì)采用新的命名模式，每一代都以一位歐洲知名畫家的名字命名。AMDZen桌面處理器路線及處理器代號(hào)2018年7月，由天津海光（Hygon）集團(tuán)負(fù)責(zé)制造的中國國產(chǎn)Dhyana（禪定）x86處理器開始啟動(dòng)。2016年海光公司花費(fèi)2.93億美元從AMD公司獲得了Zen架構(gòu)的授權(quán)，Dhyana是這次合作的產(chǎn)物。2016年，AMD宣布在中國與海光設(shè)立了兩家合資公司，開發(fā)處理器。據(jù)意大利bitchips網(wǎng)站報(bào)道，兩家公司的股權(quán)分配不一樣，其中成都海光微電子公司（CHMT），AMD占股51%。另外一家是成都海光集成電路設(shè)計(jì)公司（CHICD），AMD占股30%，可以看出這個(gè)公司是中方主導(dǎo)?！じ鶕?jù)協(xié)議，AMD將在ZenIP核心倒數(shù)第二個(gè)可用版本時(shí)提供給中方，以便中方有操作改進(jìn)的空間。1．第一代銳龍2017年3月份最先上市的是旗艦級(jí)的型號(hào)Ryzen71800X、1700X、1700，核心代號(hào)SummitRidge，14nm制程工藝，均采用8核16線程，主頻為3.4~4.0GHz，3MB二級(jí)緩存（每核心512KB），16MB三級(jí)緩存（每4個(gè)核心共享8MB），熱設(shè)計(jì)功耗95W。2．第二代銳龍2018年3月AMD上市Ryzen系列處理器的第二代產(chǎn)品，命名為Ryzen7/5/32000系列。第二代系列產(chǎn)品架構(gòu)上進(jìn)化為Zen+，12nm制程工藝，芯片代號(hào)為PinnacleRidge。2018年2月，AMD上市了基于Ryzen架構(gòu)的第八代桌面平臺(tái)APU處理器，CPU部分是2017年推出的Zen架構(gòu)Ryzen核心，GPU部分是2017年最新的Vega架構(gòu)核心，14nm工藝，均采用AM4標(biāo)準(zhǔn)接口。首發(fā)兩款A(yù)PU，分別為Ryzen52400G和Ryzen32200G，AMD將這兩款A(yù)PU產(chǎn)品定位為第二代銳龍。Ryzen52400G、Ryzen32200G稱為“世界上圖形性能最強(qiáng)的桌面處理器”。第二代的Zen+架構(gòu)仍然由CPUComplex（CCX）組成，每一個(gè)CCX模塊仍然擁有4個(gè)Zen+物理核心（CORE），CCX中的每個(gè)核心有64KL1指令緩存，每個(gè)核心有32KL1數(shù)據(jù)緩存，每核擁有512KB的L2緩存，所有核心共享一共8MB的L3緩存。所有物理核心均支持超線程（SMT）技術(shù)。3.第三代銳龍2019年7月AMD發(fā)布第三代銳龍Ryzen3000系列處理器。第三代銳龍系列產(chǎn)品使用全新的Zen2架構(gòu)，采用臺(tái)積電7nm工藝制造，第三代銳龍Ryzen繼續(xù)采用AM4封裝接口。首次發(fā)布的第三代銳龍?zhí)幚砥靼ㄗ罡叨说钠炫濺yzen93900X為12核24線程，頻率3.8~4.6GHz，TDP105W，70MB緩存；次旗艦Ryzen73800X為8核16線程，頻率3.9~4.5GHz，TDP105W，緩存縮減到36MB；Ryzen73800X同為8核16線程，頻率3.6~4.4GHz，TDP僅為65W，緩存同為36MB；Ryzen73700X采用8核心16線程設(shè)計(jì)，4MB二級(jí)緩存、32MB三級(jí)緩存，默認(rèn)頻率3.6GHz、可加速至4.4GHz，熱設(shè)計(jì)功耗65W；Ryzen53600X和3600，均為6核12線，35MB緩存，頻率介于3.6~4.4之間，TDP分別為95和65W。4.第四代銳龍2020年10月AMD發(fā)布了第四代銳龍Ryzen5000系列臺(tái)式機(jī)處理器，采用全新的Zen3核心架構(gòu)，7nm工藝，第四代銳龍Ryze