第 3章 中央处理器
本章较详细地介绍了 PC兼容机使用的 Intel,AMD
和 Cyrix系列的 32位微处理器（ CPU）的性能和特点。
3.1 CPU的技术指标和封装
3.2 过去的 32位 Intel处理器
3.3 目前的 Intel处理器
3.4 AMD和 Cyrix处理器
退出
3.1 CPU的技术指标和封装
3.1.1CPU的技术指标
3.1.1.1 CPU的基本构成和性能
中央处理器 CPU ( Central Processing Unit)是
一块超大规模集成电路芯片，它的内部是由几十万个
（ Intel 80386）到几千万个（ Intel Pentium 4）晶
体管元件组成的十分复杂的电路，其中包括运算器、
寄存器、控制器和总线（数据、控制、地址总线）等。
它通过执行指令来进行运算和控制系统，它是整个微
机系统的核心。以 Pentium Ⅱ 为例,CPU的内部构成如
图 3-1所示。
图 3-1 奔腾二的内部结构
PC兼容机使用最多的 CPU是 Intel,AMD（ Advanced
Micro Devices,Inc.）和 Cyrix公司的产品。从
Intel 80386开始，都是高性能、高速度,32位数据处
理的所谓, 第四代, CPU，前三代分别为 4位,8位和 16
位处理器。 Pentium是, 第五代, CPU,Pentium Ⅱ,
Ⅲ 是, 第六代, CPU,Pentium 4是, 第七代, CPU。图
3-2是将 Pentium Ⅲ 处理器的电路、外壳、散热片和风
扇等各部分分解开来的照片。
图 3-2 Pentium Ⅲ 处理器
3.1.1.2 CPU的主要技术指标和特点
1．字长
CPU的字长通常是指其数据总线宽度，单位是二进
制的位（ bit）。它是 CPU数据处理能力的重要指标，
反映了 CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等，因此
常常以字长位数来称呼 CPU。
2,CPU的外部总线
CPU的总线是指 CPU芯片与外部连接的总线，由其
引脚引出，包括数据线（ Data Bus）、地址线
（ Address Bus）和控制线（ Control Bus）三组。
3．主频率
CPU的主频是指 CPU的工作时钟频率，单位是 MHz，
目前已晋升为 GHz（ 1GHz=1000MHz），它是 CPU速度的
重要指标，通常标注在 CPU表面的型号中。为了将高主
频的 CPU与较低时钟频率的主板相匹配,CPU主频采用
了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟频率的
方法。 CPU输入时钟称为外频，常取为主板系统总线的
频率。
4．运算速度
CPU的运算速度是指其每秒钟能够处理的指令数，
单位为 MIPS（百万指令每秒）。这个指标是 CPU速度的
本质指标，它不光取决于主频，更主要地取决于 CPU处
理指令的逻辑结构。即使在同样主频下，不同档次的
CPU其运算速度也有成倍的差别。
5．内部 FPU
以前的 286或 386系统，在用于数学和图形处理时，
为了加快复杂运算速度和减少 CPU的负担，可以在主板
上另行安装一个叫做 80287或 80387的数学浮点协处理
器。在 486以上的 CPU，则把这个协处理器集成到 CPU芯
片内部，叫做内部浮点处理器（ Floating Point Unit，
FPU），因而大大提高了 CPU的运算速度。
6．内部 Cache
以前的系统，为了解决主机中低速内存与高速 CPU
的不匹配，加快 CPU对内存的访问速度，采用了在 CPU
和内存间插入高速缓冲存储器（ Cache）的方法，
Cache存储器安装在主板上，称为外部 Cache
（ External Cache）。从 486CPU开始，处理器内部也
包含了 Cache,486是 8KB,pentium是 16KB。加上主板
上的 Cache，便构成二级 Cache结构,CPU内的称为 L1
Cache,CPU外主板上的称为 L2 Cache。从 Pentium Ⅱ
开始,CPU除了包含核心芯片内的 32KB的 L1 Cache，还
包括 CPU板上分立的 512KB的 L2 Cache。再加上主板上
512KB的 L2 Cache，便构成三级 Cache结构。
7．指令系统
CPU是靠执行指令来计算和控制系统的。每种 CPU
在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令
系统，包括几十或几百条指令。指令系统功能的强弱
是 CPU的重要指标。 Intel的 MMX(Multi Media
Extended),AMD的 3DNow!和 Intel的 SSE(Streaming-
Single instruction multiple data-Extensions)等
都是新增的特殊指令集，分别增强了 CPU的多媒体、图
形图像和 Internet等处理能力。
8,CPU电源的双电压
早期的 CPU仅以 5V或 3.3V供电，称为单电压 CPU。
而现在的 CPU一般都采用双电压供电,CPU核心用低电
压，它的 I/O电路则用较高的电压，既保证了电路的驱
动能力和可靠性，又减少了功耗。 CPU的核心电压
（ Vcore）从 2.9V到 1.8V，甚至到 0.8V。 CPU的 I/O电压
（ Vio）从 3.3V到 3.6V。
9．超频
超频是指把主板的 CPU工作时钟调整为略高于 CPU
规定值，企图使之超高速工作。通常不提倡对 CPU进行
超频来提高系统性能，这会造成 CPU过热、减少寿命、
系统运行混乱甚至烧毁 CPU。但也有一些 CPU，比如赛
扬 366等，允许进行较大幅度（ 20%）的超频使用，以
满足电脑发烧族的愿望。
3.1.2,CPU的封装形式和插座
3.1.2.1 集成电路的封装
CPU和外围芯片都是集成电路（ Integrate
Circuit,IC）器件。由于在有限面积的芯片里集成的
晶体管数由几千个跃升到几千万个，集成度越来越高，
半导体芯片由小规模集成电路（ SSIC）、中规模集成
电路（ MSIC）、大规模集成电路（ LSIC）、超大规模
集成电路（ VLSIC）到特大规模集成电路（ ULSIC）。
由于电路越来越复杂，集成电路与外部连接的引脚从
几十条增加到几百条，这就使得芯片封装形式也不断
变化。
所谓 IC芯片的封装是指安放半导体芯片所用的外
壳，芯片内部电路用非常精细的导线连接到封装外壳
的导电引脚上，通过引脚与印刷电路板上的其它元器
件连接。因此，封装对 CPU和其它集成电路都是非常重
要的。新一代的 CPU也往往采用新型的封装形式。
芯片的封装从 DIP,QFP,PGA,BGA,CSP到 MCM等
经历了若干代的改进，使得封装面积与芯片面积越来
越接近，适用频率越来越高，散热耐温性能越来越好，
引脚数越来越多而间距越来越小，可靠性越来越高，
安装越来越方便，等等。下面对各种不同的封装做一
简要介绍。
1,DIP封装
DIP（ Dual In-line Package）即双列直插封装，
是 70年代流行的中小规模集成电路的封装形式，它们
的引脚直立在矩型集成电路的两个长边上，通常为 8到
40脚。 Intel公司的 8088,80286处理器都采用 DIP封装，
图 3-3就是 DIP封装的 Intel 8088处理器。
图 3-3 DIP封装的 Intel 8088
2,PQFP封装
PQFP（ Plastic Quad Flat Package）塑料四方
扁平封装，是 80年代的大规模集成电路的封装形式。
引脚由方形集成电路的四个边上引出，通常为几十到
上百脚。 Intel公司的 80286和 80386处理器都有采用
PQFP封装的，如图 3-4所示。
图 3-4 PQFP封装的 286和 386CPU
3,PPGA封装
PPGA（ Plastic Pin Grid Array Package）塑料
针栅阵列封装或 CPGA陶瓷针栅阵列封装，是 90年代超
大规模集成电路的封装形式。如图 3-5所示，针形引脚
由集成电路的方形底面上直立引出，通常为二、三百
脚。这个时期的多种 CPU、外围芯片组等采用此种封装，
如 80486,Pentium等。
图 3-5 PPGA封装的 486CPU
4,BGA封装
BGA（ Ball Grid Array Package）球栅阵列封装，
是 90年代后期超大规模集成电路的另一种封装形式。
如图 3-6所示，球形引脚由集成电路的方形底面上引出，
通常为五、六百脚。目前大多数外围芯片和便携机专
用 CPU采用此种封装，便于将高密度的引脚焊接到主板
上。
图 3-6 BGA封装的 440ZX芯片
3.1.2.2 CPU的插座
主板上的 CPU插座是安装 CPU的基座，它们的结构
形状、插孔数、各个插孔的功能定义都不尽相同，因
此不同 CPU必须使用不同的插座。
Intel推出的一种称为零插拔力 ZIF（ Zero
Insert Force）的 CPU插座,CPU可以轻松地取下或装
上，避免了精密引脚的损伤。 Socket插座属于零插拔
力（ ZIF）插座，只要将锁紧杆扳到竖直位置，插拔
CPU就毫不费力。 Socket插座如图 3-7所示。
图 3-7 Socket插座
各种常用的 CPU采用的插座如下,
1,486CPU采用 Socket 2和 Socket 3等。最早的
Pentium 60,66,75等单电压 CPU采用 Socket 4和
Socket 5。
2,Pentium （ P54C）和 Pentium MMX（ P55C）单 /
双电压 CPU的插座型号是 Socket 7，是白色平板，近似
于正方形，有 297个插孔，中间的方形空槽是芯片反面
核心硅片的散热空间,CPU管脚插孔排列在空槽的四周。
3,Pentium Pro CPU的插座型号是 Socket 8，是
白色平板，长方形，有 387个插孔，中间的方形空槽是
芯片反面核心硅片的散热空间,CPU管脚插孔排列在空
槽的四周。
4,Pentium Ⅱ 和 Pentium Ⅲ 的插座型号是 Slot
1型，是黑色条形插槽，有 242个触点，是单边接触
（ S.E.C.）直插式。早期的 Celeron 300A,333等也采
用此种插座。 Slot插座如图 3-8所示。
图 3-8 Slot插座
5,AMD K6-2,3的插座型号是 Super 7，它是
Socket 7的改进版。
6,Celeron的插座型号是 Socket 370，它也是
Socket 7的改进版，插孔增加到 370个。
7,Intel Xeon（至强） CPU用于服务器，它的插
座型号是 Slot 2与 Slot 1相似。
8,AMD Athlon的插座型号是 Slot A，外形与 Slot
1相似，但结构规格不同。
9,Pentium 4采用了新型的 423个插孔的 Socket
423插座，或 478个插孔的 Socket 478插座。
3.2 过去的 32位 Intel处理器
Intel的 32位 CPU是从 80386开始，还有 80486、
Pentium和 Pentium Ⅱ 等，下面分别介绍它们的特点。
3.2.1Intel 80486处理器
3.2.1.1 486CPU的特点
它主要有 80486DX,80486SX,80486DX2、
80486DX4和各种类型的超级驱动处理器 ODP(Over
Drive Processor)。 486CPU如图 3-5所示。与 386相比，
486 CPU具有如下特点,89年 4月推出 486 DX-25到 92年
8月推出 486 DX2-66，长达 3年多。
1,486的数据线和地址线仍为 32位，可直接寻址
物理内存 4GB，虚拟内存 64TB。
2．芯片内部集成了浮点处理单元（ FPU），大大
提高了对复杂数学运算的处理速度。它内部还集成了
8KB的高速缓存，大大提高了系统内存的访问速度，同
时大大减少了对系统总线的占用，进一步提高了系统
速度。
3．它采用了精简指令 RISC（ Reduced
Instruction Set Computer）技术，降低了执行指令
的时钟数，达到每时钟执行 1.2条指令。它采用猝发式
总线（ Burst Bus）技术，即取得一个地址，与该地址
相关的一组数据都进入输入输出操作。
4．它内部的 CPU,FPU和 Cache之间都采用高速总
线传输数据。在相同的工作频率下，其处理速度比 386
提高了两倍以上。
5,486芯片采用 0.8微米 CMOS，集成了大约 120万
个晶体管。 486 CPU的种类非常多，各自的插座也互不
兼容，更换时要特别小心，不能插上就用。
3.2.1.2 486CPU的种类
486有如下几种,
1,Intel 80486DX
486DX是非常优秀的 32位处理器。它的数据线和
地址线均为 32位，可直接寻址物理内存 4GB，虚拟内存
64TB。 486DX有 25,33和 50MHz三种型号。它的内部包
含了浮点处理单元（ FPU）和 8KB的高速缓存
（ Cache），大大提高了系统运行速度。 CPU外频等于
内部工作频率。多数 486DX芯片采用 168条引脚的 PGA封
装。
2,Intel 80486SX
486SX内部不包括 FPU，是 Intel公司为促进 386DX
换代而推出的廉价版的 486处理器，有 16,20,25和
33MHz四种型号。当需要加强 486SX系统的复杂运算能
力时，可以在其主板的专用插座上插入数值运算协处
理器 MCP（ Math CoProcessor） 80487SX。 487SX与
486SX相对应也分为 16,20,25和 33MHz四种。
3,Intel 80486DX2
80486DX2与 486DX不同，它的内部设有一个时钟倍频
器（ Clock Doubler），可将外部输入的时钟信号二倍
频后作为 CPU的实际工作频率。在相同的主板时钟下，
486DX2 CPU就能以更高的速度工作。 486DX2有 50,66
和 80MHz三种型号，它们的外部时钟频率分别为 25,33
和 40MHz。 486DX2系统板上一般应具有 128KB以上的
Cache。
4,Intel 80486DX4
80486DX4 CPU的芯片内部将外部时钟信号三倍频
后作为 CPU的实际工作时钟。 486DX4有 75和 100MHz两种
型号，它们要求外部输入时钟频率分别为 25和 33MHz，
工作特点与 486DX2类似。
3.2.2 Intel Pentium处理器
3.2.2.1 Pentium CPU的特点
Pentium音译为, 奔腾,,与 486相比,Pentium
处理器有如下特点,
1,Pentium系列的处理器在设计上与 486相比有
很大的改进，但仍与 386和 486兼容，在相同的操作模
式上可执行所有的 386和 486程序，可以以实模式引导，
然后转到保护模式和虚拟 8086模式。
2．它的内部数据总线仍为 32位，是 32位处理器。
但其内部寄存器和外部数据线加倍为 64位，提高了与
内存间数据交换的速度。地址线仍为 32位，可直接寻
址物理内存 4GB，虚拟内存 64TB。
3．它的内部采用了超标量结构，处理器由两条并
行的流水线构成，每条流水线都有自己的算数逻辑单
元（ ALU）、高速缓存（ Cache）接口和地址生成电路
等，可以在单个时钟周期内并行执行几条指令。
4．与 486CPU相比，它内部的高速缓存增加为 16KB，
并且结构也改进为采用两个彼此独立的 8KB的 Cache，
一个用于程序指令代码存储，一个用于数据存储，减
少了 Cache争用，从而使其内部 Cache的效能比 486大大
提高了。
5,Pentium内部的浮点运算单元（ FPU）也进行了
彻底改进，使之大大优于 486，在相同的时钟下运行时，
要快三、五倍，这种优越性在执行那些有复杂数学运
算的应用程序时尤为突出。
6．奔腾处理器芯片采用 0.6或 0.35微米 BiCMOS工
艺制做，集成度更高，内含大约 330万个晶体管。它们
的功耗都很大,Pentium 66在 5V电压下功耗为 15W，所
以均需要自配专用的散热片和散热风扇。
3.2.2.2 Pentium CPU的种类
Pentium有如下几种,
1,Pentium
第一代 Pentium CPU也称为 P54C系列，按 CPU工作
频率分为 60,66,75,90,100,120,133,150,166
和 200MHz等多种型号，见图 3-9。
图 3-9 Pentium处理器
它的内部数据总线为 32位，是 32位处理器。但外
部数据线为 64位，提高了与内存间数据交换的速度。
地址线为 32位，可直接寻址物理内存 4GB，虚拟内存
64TB。它的内部高速缓存增加为 16KB，并且是两个彼
此独立的 8KB的 Cache，一个用于程序指令代码存储，
一个用于数据存储。它的内部采用了超标量结构，有
两条并行的指令处理流水线，可以在单个时钟周期内
并行执行几条指令。 Pentium内部的 FPU效能也很高。
各种奔腾处理器均采用 296针的 PGA封装和统一的
Socket 7插座，便于 CPU的升级。
2,Pentium Pro
Pentium Pro是 P6级 CPU，也称为高能奔腾, 95年
11月推出，有 150,166,180和 200MHz四种型号。
它的地址线增加到 36线，可直接寻址 64GB的物理
内存，虚拟内存 64TB。它有三条超标量流水线和五个
并行的执行部件。芯片内含的 L1 Cache增加到 32KB
（指令 16KB，数据 16KB），还设置了内部的 L2 Cache，
有 256,512和 1024KB三种。它的内部总线为 64位，处
理器到 Cache也为 64位。它的芯片集成度更高，采用
0.35微米 CMOS,CPU内核包括 550万个晶体管。 256KB的
L2 Cache采用 0.6微米 CMOS，集成了 15百万个晶体管。
512KB的 L2 Cache采用 0.35微米 CMOS，集成了 31百万个
晶体管。均采用 387针的 PGA封装和 Socket 8插座。
3,Pentium MMX
Pentium MMX也称为 P55C系列，或多能奔腾,97年
1月推出，有 166,200和 233MHz三种型号。外形如图 3-
10所示。
图 3-10 Pentium MMX处理器
它基于 P54C的架构，但采用了 Intel的多媒体扩展
指令（ Multi Media eXtended,MMX）技术，增加了 57
条多媒体处理指令集。 MMX针对音频、视频、图像和三
维几何图形等多媒体计算，也针对调制解调器和综合
业务数字网（ ISDN）等通讯方面的应用，它使得 CPU对
游戏、影像播放及图像处理等与多媒体相关的综合处
理能力大大提高。
采用 0.35微米 CMOS技术，芯片内集成了大约 450万
个晶体管。采用 296针的 PGA封装和 Socket 7插座，可
以直接对 P54C系统进行升级。
4,Pentium Ⅱ
Pentium Ⅱ 是 Pentium Pro架构上的 MMX处理器，
它也是 P6级 CPU，因此称为二代奔腾。它于 97年 5月推
出 233MHz到 98年 8月推出 450MHz，共有 233,266,300、
333,350,400和 450MHz七种型号。图 3-11是奔腾二处
理器。
图 3-11 Pentium Ⅱ 处理器
它对 Pentium Pro又做了改进，并增加了 MMX技术
和 57条 MMX指令。奔腾二采用了二级 Cache结构，即芯
片内集成了 32KB的 L1 Cache和在 CPU电路板上另外加装
了分立的 512KB的 L2 Cache。它的内部总线为 64位，处
理器到 L2 Cache也为 64位。地址线为 36线，可直接寻
址 64GB的物理内存，虚拟内存 64TB。
Intel专门为奔腾二设计了的高速图形接口 AGP
（ Accelerated Graphics Port)，以发挥其优秀的
2D/3D图形功能。奔腾二系统还采用了 66或 100MHz的
FSB系统总线，支持高速的 PC-66和 PC-100的 SDRAM存储
器。
Intel 440LX以上的芯片组配合奔腾二，支持 AGP
总线和 SDRAM内存等。
Pentium Ⅱ 芯片被封装在一个黑色方形盒中，采
用 242脚的 S.E.C.单边接触封装和 Slot 1黑色长插槽。
它的主板都采用新型 ATX结构，比 AT结构更趋于合理。
3.3 目前的 Intel处理器
上面介绍的 CPU在市面上已经没有供货，目前流行
的 32位 Intel CPU有 Intel Celeron,Pentium Ⅲ 和
Pentium 4等。
3.3.1 Intel Celeron处理器
Celeron音译为, 赛扬,, 98年 4月 15日推出
266MHz到 2001年 1月 3日推出 800MHz，已有三年多的使
用期了。它有 266,300,300A,333,366,400,433、
466,500,533A,533,566,600,633,667,700、
733,766,800,850和 900MHz等多种型号。赛扬 CPU的
外形如图 3-12所示。
图 3-12 Celeron处理器
早期的赛扬 266到 400MHz这几种处理器是基于奔
腾二的架构，保留了芯片内 32KB的 L1 Cache，取消了
CPU内部 512KB的 L2 Cache，所以它是简版的奔腾二，
目的是填补当时昂贵的奔腾二留下的低价位 PC市场。
后来为了提高其性能，在 433MHz以上的赛扬芯片
内又集成了 128KB的全速 L2 Cache。目前的赛扬已经采
用奔腾三的核心架构，支持 66MHz和 64位的系统总线。
它们是高性能价格比的 CPU，占据着奔腾三以下的廉价
PC机市场。目前市场上流行的奔三赛扬为 700到 950MHz
等。
433MHz以上的 Celeron处理器内核包括一个 32K
（ 16K+16K）的 L1 Cache和称为高级传输缓存的 128KB
的全速 L2 Cache。所谓高级传输缓存是集成在处理器
内部的能全速运行于处理器内核主频的 L2 Cache，它
通过一个专用的 64位高速缓存总线，使得内部二级缓
存的速度同处理器内核频率相匹配。
支持 66MHz系统总线（ FSB）。集成 MMX多媒体指
令技术，单指令多数据技术 SIMD（ Single
instruction multiple data）,57个 MMX新指令,8个
64位 MMX技术的寄存器,4种新的数据类型。高效的管
道浮点运算单元（ FPU），支持 32位和 64位格式。
433MHz以上的赛扬处理器都采用 370针的 PPGA封装
和 Socket 370插座。如果是 Slot 1插座的主板，也可
以通过一个 Socket 370到 Slot 1的转接板去安装。
433MHz的赛扬也有 242脚 SEPP单边处理器封装的，它使
用 Slot 1插座。
Celeron 800以上的 CPU支持 100MHz的系统总线
（ FSB）。
Intel 810和 440BX等芯片组均支持赛扬处理器系
统。最新的 Intel 810E2芯片组支持 800MHz赛扬，与其
组成支持 100MHz的系统总线和 ATA-100 Ultra DMA硬盘
的系统。
3.3.2 Intel Pentium Ⅲ 处理器
Pentium Ⅲ 也称为奔腾三代处理器,99年 2月 26日
推出 450MHz,2000年 3月 8日推出 1.0GHz。共有 450、
500,533A,533,550,600,650,667,700,733、
750,800,850,866,933MHz,1GHz,1.1GHz和
1.2GHz多种型号。它在商业媒体处理、通讯和
Internet性能上比奔腾 II都有出色的改进。质量、可
靠性和兼容性也大大提高。奔腾三的外形如图 3-13所
示。
图 3-13 Pentium Ⅲ 处理器
奔腾三集成了 P6微结构处理器的最佳性能。
增加了 70个针对高级图像,3D、音頻视頻流、数
字影像和语音识别高速处理的新指令,Intel称其为互
联网 SSE，即流水线单指令多数据扩展 SSE指令集
（ Streaming SIMD Extensions）。
为配合 SSE指令集，新增加了 8个 128位单精度寄
存器（每个都是 32位 × 4），能同时处理 4个单精度浮
点变量。从而达到每秒 20亿次浮点运算的高速度，这
使得视频播放更趋平稳。在 Internet上，可以实现用
语音在网上搜索、浏览，可以实现由三维动画、影像、
音频和文字共同合成的精美网页。
450,500,550和 600MHz的奔腾三支持 100MHz的
64位 FSB系统总线，在 CPU核心中集成了 32KB的 L1
Cache，在 CPU内部也安装了分立的 512K的 L2 Cache
（半速带 ECC缓存）。采用 0.25微米技术，集成了 950
万个晶体管。采用单边接触 S.E.C.C.封装和 Slot 1或
Slot 2插座。
500MHz以上的奔腾三支持 133MHz的 FSB系统总线，
在 CPU核心中集成了 32KB的 L1 Cache和 256KB的 L2
Cache（全速带 ECC高级传输缓存）。采用 0.18微米技
术，集成了 2800万个晶体管。采用单边接触 SECC、
SECC2封装和 Slot 1,Slot 2插座，或 FC-PGA封装和
Socket 370插座。
所谓高级传输缓存是集成在处理器内部的能全速
运行于处理器内核主频的 L2 Cache。这项技术是奔腾
三处理器出色性能的关键。
440BX以上的外围芯片均支持奔腾 III处理器。
3.3.3 Intel Pentium 4处理器
2000年 11月，英特尔公司推出了 Pentium 4（奔
腾四代）这个最新一代的面向高性能台式计算机的微
处理器。奔腾四有 1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8和
2.0GHz七个品种。奔腾四处理器的外形如图 3-14所示。
图 3-14 Pentium 4 处理器
采用 Intel NetBurst微型架构技术，为 32位处理
器提供了新的动力，是自 95年推出 Intel P6微架构的
高能奔腾处理器以来，又一全新的台式处理器设计。
奔腾 4的 NetBurst微架构主要特点有超级通道技
术（ Hyper Pipelined Technology）、快速执行引擎
（ Rapid Execution Engine）、流水线 SIMD扩展 2技术
即 SSE2（ Streaming SIMD Extensions 2）,400MHz系
统总线、执行踪迹 Cache（ Execution Trace Cache）
和高级动态执行引擎（ Advanced Dynamic Execution
Engine）等。
超级通道技术，可使 Pentium 4在 20级管线
（ Pipeline）里执行指令，而 Pentium III只有 10级通
道,AMD Athlon有 15级。
快速执行引擎能使算术逻辑部件 ALU的工作频率
为 CPU核心时钟速率的两倍，使 ALU执行整数运算指令
的速度两倍于 CPU内核速度，从而大大提高了执行时的
吞吐量。
增加了 144条被称为流水线 SIMD扩展 2的新指令即
SSE2，其中包括 128bit SIMD整数运算指令和 128bit浮
点运算指令等。这些指令可以大大提高数据流媒体处
理、运行交互性游戏和演示 MP3视频信息的性能，从而
加速了处理视频、音频和 3D的应用。
采用 400MHz的系统 FSB总线，具备了 3.2GB/S的带
宽，相当于奔腾三的三倍。支持目前市场上最快的双
通道 RDRAM内存。最大支持 64GB内存。
奔腾 4的芯片内集成了 8KB的 L1 Cache和 256KB的
L2 Cache，它们执行踪迹高速缓存技术，采取将已经
解码的指令存贮到 Cache的结构，可以存贮约 12000条
指令。
Intel Pentium 4处理器可以实现 Internet的最
高性能，包括音频和视频流、高性能的 3D图形、数字
摄影和数字电视、语音识别、多媒体,MP3音乐编码等。
Pentium 4 -2GHz与 Pentium Ⅲ -1GHz的 Internet性能
比较如图 3-15所示。
图 3-15
Pentium 4与
Pentium Ⅲ
的性能比较
芯片采用 0.18微米制造工艺，集成了 4200万个晶
体管。它的耗电量为 50多瓦。
Pentium 4采用了 423针和新的 478针的 Flip-Chip
PGA封装，采用了 Socket 423和 Socket 478插座。处理
器核心的散热面积增大，以便 CPU上的散热器带走更多
的热量。
Intel还同时推出了与 Pentium 4处理器配套使用
的 Intel 850外围芯片组。
3.4 AMD和 Cyrix处理器
3.4.1 AMD处理器
AMD的处理器是与 PC兼容性能优良的 CPU，市场占
有率仅次于 Intel，并被许多名牌 PC机所采用。
1 AMD K6
相当于奔腾（ P54C）。有 166,200,233,300、
350MHz等。内置高速缓存为 64KB，高于奔腾一倍。 CPU
插座与 Pentium相同，为 Socket 7。
2,AMD K6-2
相当于奔腾 II。有 266,300,333,350和 400MHz
等。 CPU插座采用 Socket 7的改进型高速 Super Socket
7，即 Super 7。
3,AMD K6-2-3Dnow！
有 366,380,400,450,475,500MHz。它率先采
用 3D-Now！指令集技术,21个新的 SIMD指令，大大提
高了对图像和图形、丰富的声音和视频、增强的
Internet等的处理能力。插座采用 Super 7。
4,AMD-K6-Ⅲ
有 400,450MHz等。支持高速的 100MHz系统总线
（ FSB）和高速图形接口 AGP。采用 Super 7插座。
增强的超标量结构 MMX指令。高性能的浮点单元 FPU。
3D-Now技术的 21个新的 SIMD指令，大大改善了 3D图形
和多媒体性能。
创新的系统 3级 Cache设计,CPU内核有 320KB的
Cache，分为 2级,L1 Cache为 64KB，分为 32KB指令
Cache和 32KB回写双接口数据 Cache,L2 Cache为 256KB。
CPU外部还有主板上的 L3 Cache，可选择其大小，通常
为 512KB或 1MB。
高级的 RISC86超标量微结构，每个时钟可执行 6
个 RISC86指令，十个并行的专门执行单元。
5,AMD Athlon
也称为, 速龙, 。主频类型有 500,550,600、
650,700,750,800,850,900,950,1000MHz
（ 1GHz）,1.1,1.13,1.2,1.3和 1.4GHz。它是第七
代（ P7）处理器，它基于第六代微结构设计，进一步
推动微软产品和技术的表现达到一个新的水平。速龙
处理器的外形如图 3-16所示。
图 3-16 Athlon处理器
它是第一个高时钟频率的九版超流水线、超标量
x86微结构。可同时发出 9条指令的超标量微结构，包
括 3个并行超标量整数运算,3个浮点运算和 3个地址计
算的 9条流水线。第一个全管道、超标量浮点单元。能
同时发出 3个超标量流水线浮点或多媒体指令。当今最
快的 x87 FPU。
高性能的 3级高速缓存技术，处理器核心包含
128KB的 L1 Cache（是奔腾 III的 4倍）和 256KB（最高
达 512KB）全速的 L2 Cache，另外还有高速 64位 L2
Cache控制器，支持主板上从 512KB到 8MB缓存。
增强的 3D-Now！技术,21个最初的 3Dnow指令能够
实现超标量结构单指令多数据 SIMD，大大提高 3D性能。
19个新的指令能够改善用于语音和视频编码的整数数
学运算，改善 Internet插件程序（ Plug-ins）和别的
流水般的应用软件的数据运动。 5个新的数字信号处理
（ DSP）指令改进软调制解调器（ Soft Modem）、软
ADSL、杜比数字环绕声（ Dolby Digital Surround
Sound）和 MP3应用软件。
支持 200或 266MHz系统总线，对于数据运动软件
提供极优的带宽。 200MHz系统总线的 Athlon 850,900、
950MHz和 1,1.1,1.2,1.3和 1.4GHz处理器支持
PC1600 DDR（ Double Data Rate）存储器。 266MHz系
统总线的 Athlon 1,1.13,1.2,1.33和 1.4GHz处理器
支持 PC2100 DDR DRAM存储器。它们也支持 PC100、
PC133 SDRAM内存。
基于优化和高性能平台的新型 Slot A插座，在物
理机械规格和机械连接器上与奔腾 II/III的 Slot 1相
仿，但是采用的总线协议和电气精度是不同的。另一
种封装（ PGA）的 Athlon采用新型的 462针 Socket A插
座。
它使用 0.18微米工艺，集成了约 22百万到 37百万
个晶体管。电压 1.75V，耗电约 38W。
6,AMD Duron
也称为, 毒龙,,它是 Athlon的廉价版，它以很
高的性能价格比冲击 Intel赛扬霸占的价值 PC机市场，
它与相同频率的赛扬处理器相比性能通常提高了 25%。
Duron目前有 600,650,700,750,800,850、
900和 950MHz等几种主频。有配合 Slot A和新型 462针
Socket A的两种封装。
AMD Duron处理器的核心基于 Athlon处理器，包括
全速特性、内部 L2 Cache,200MHz系统总线（ FSB）和
增强 3D-Now!技术。它包含片内的 128KB的 L1 Cache和
64KB的 L2 Cache，另外还需主板上 512KB的 L2 Cache。
使用 0.18微米工艺，集成了 2500万个晶体管。电
压 1.50V，耗电约 23W。
3.4.2 Cyrix处理器
Cyrix的处理器也是与 PC兼容性能优良的 CPU，它
的价格较低，多用于廉价的 PC机系统。
1,Cyrix M II
即 Cyrix 6X86 MX，相当于奔腾 II。品种有 166、
200,233,266,300,333,350,400和 433等。它们
的型号数字只表明它们的性能相当于该主频的奔腾 II
或 AMD K6-2，但它们的实际频率都要低一档，如 Cyrix
M II 300的实际主频是 233MHz。
处理器内部 L1 Cache为 64KB。支持 MMX指令集、
增强的内存管理单元、增强的 P6超标量体系结构。 80
位的 FPU。
灵活多样的核心与总线时钟转换率，时钟可 2×,
2.5×, 3×, 3.5×, 4× 。 CPU双电压，处理器核心电
压为 2.9V,I/O电压为 3.3V。
CPU插座为 Socket 7，与 P54C,P55C兼容。
2,VIA Cyrix Ⅲ
相当于奔腾 Ⅲ 。品种有 433,466,500,533、
600和 700MHz等。 Cyrix Ⅲ -700外形如图 3-17。
处理器芯片集成 64KB的 L1 Cache和 256KB的 L2
Cache。 Cyrix 700芯片内集成 128KB的全速 L1 Cache。
支持 66,100和 133MHz系统 FSB总线,3D-Now！技术、
增强双管道 MMX和高性能 FPU。
CPU采用 P6级的 Socket 370插座。采用 0.18微米
工艺，功耗 10瓦。
图 3-17 Cyrix Ⅲ 处理器
习题
1．了解 CPU的内部结构。
2．掌握 CPU各项基本指标的意义。
3．了解 CPU的各种封装形式。
4．熟悉各种 CPU的插座。
5．熟悉各种类型的 Intel处理器和它们各自的特点。
6．了解 AMD和 Cyrix的各种处理器的特点。
本章较详细地介绍了 PC兼容机使用的 Intel,AMD
和 Cyrix系列的 32位微处理器（ CPU）的性能和特点。
3.1 CPU的技术指标和封装
3.2 过去的 32位 Intel处理器
3.3 目前的 Intel处理器
3.4 AMD和 Cyrix处理器
退出
3.1 CPU的技术指标和封装
3.1.1CPU的技术指标
3.1.1.1 CPU的基本构成和性能
中央处理器 CPU ( Central Processing Unit)是
一块超大规模集成电路芯片，它的内部是由几十万个
（ Intel 80386）到几千万个（ Intel Pentium 4）晶
体管元件组成的十分复杂的电路，其中包括运算器、
寄存器、控制器和总线（数据、控制、地址总线）等。
它通过执行指令来进行运算和控制系统，它是整个微
机系统的核心。以 Pentium Ⅱ 为例,CPU的内部构成如
图 3-1所示。
图 3-1 奔腾二的内部结构
PC兼容机使用最多的 CPU是 Intel,AMD（ Advanced
Micro Devices,Inc.）和 Cyrix公司的产品。从
Intel 80386开始，都是高性能、高速度,32位数据处
理的所谓, 第四代, CPU，前三代分别为 4位,8位和 16
位处理器。 Pentium是, 第五代, CPU,Pentium Ⅱ,
Ⅲ 是, 第六代, CPU,Pentium 4是, 第七代, CPU。图
3-2是将 Pentium Ⅲ 处理器的电路、外壳、散热片和风
扇等各部分分解开来的照片。
图 3-2 Pentium Ⅲ 处理器
3.1.1.2 CPU的主要技术指标和特点
1．字长
CPU的字长通常是指其数据总线宽度，单位是二进
制的位（ bit）。它是 CPU数据处理能力的重要指标，
反映了 CPU能够处理的数据宽度、精度和速度等，因此
常常以字长位数来称呼 CPU。
2,CPU的外部总线
CPU的总线是指 CPU芯片与外部连接的总线，由其
引脚引出，包括数据线（ Data Bus）、地址线
（ Address Bus）和控制线（ Control Bus）三组。
3．主频率
CPU的主频是指 CPU的工作时钟频率，单位是 MHz，
目前已晋升为 GHz（ 1GHz=1000MHz），它是 CPU速度的
重要指标，通常标注在 CPU表面的型号中。为了将高主
频的 CPU与较低时钟频率的主板相匹配,CPU主频采用
了较低的输入时钟频率和在内部倍频到主时钟频率的
方法。 CPU输入时钟称为外频，常取为主板系统总线的
频率。
4．运算速度
CPU的运算速度是指其每秒钟能够处理的指令数，
单位为 MIPS（百万指令每秒）。这个指标是 CPU速度的
本质指标，它不光取决于主频，更主要地取决于 CPU处
理指令的逻辑结构。即使在同样主频下，不同档次的
CPU其运算速度也有成倍的差别。
5．内部 FPU
以前的 286或 386系统，在用于数学和图形处理时，
为了加快复杂运算速度和减少 CPU的负担，可以在主板
上另行安装一个叫做 80287或 80387的数学浮点协处理
器。在 486以上的 CPU，则把这个协处理器集成到 CPU芯
片内部，叫做内部浮点处理器（ Floating Point Unit，
FPU），因而大大提高了 CPU的运算速度。
6．内部 Cache
以前的系统，为了解决主机中低速内存与高速 CPU
的不匹配，加快 CPU对内存的访问速度，采用了在 CPU
和内存间插入高速缓冲存储器（ Cache）的方法，
Cache存储器安装在主板上，称为外部 Cache
（ External Cache）。从 486CPU开始，处理器内部也
包含了 Cache,486是 8KB,pentium是 16KB。加上主板
上的 Cache，便构成二级 Cache结构,CPU内的称为 L1
Cache,CPU外主板上的称为 L2 Cache。从 Pentium Ⅱ
开始,CPU除了包含核心芯片内的 32KB的 L1 Cache，还
包括 CPU板上分立的 512KB的 L2 Cache。再加上主板上
512KB的 L2 Cache，便构成三级 Cache结构。
7．指令系统
CPU是靠执行指令来计算和控制系统的。每种 CPU
在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令
系统，包括几十或几百条指令。指令系统功能的强弱
是 CPU的重要指标。 Intel的 MMX(Multi Media
Extended),AMD的 3DNow!和 Intel的 SSE(Streaming-
Single instruction multiple data-Extensions)等
都是新增的特殊指令集，分别增强了 CPU的多媒体、图
形图像和 Internet等处理能力。
8,CPU电源的双电压
早期的 CPU仅以 5V或 3.3V供电，称为单电压 CPU。
而现在的 CPU一般都采用双电压供电,CPU核心用低电
压，它的 I/O电路则用较高的电压，既保证了电路的驱
动能力和可靠性，又减少了功耗。 CPU的核心电压
（ Vcore）从 2.9V到 1.8V，甚至到 0.8V。 CPU的 I/O电压
（ Vio）从 3.3V到 3.6V。
9．超频
超频是指把主板的 CPU工作时钟调整为略高于 CPU
规定值，企图使之超高速工作。通常不提倡对 CPU进行
超频来提高系统性能，这会造成 CPU过热、减少寿命、
系统运行混乱甚至烧毁 CPU。但也有一些 CPU，比如赛
扬 366等，允许进行较大幅度（ 20%）的超频使用，以
满足电脑发烧族的愿望。
3.1.2,CPU的封装形式和插座
3.1.2.1 集成电路的封装
CPU和外围芯片都是集成电路（ Integrate
Circuit,IC）器件。由于在有限面积的芯片里集成的
晶体管数由几千个跃升到几千万个，集成度越来越高，
半导体芯片由小规模集成电路（ SSIC）、中规模集成
电路（ MSIC）、大规模集成电路（ LSIC）、超大规模
集成电路（ VLSIC）到特大规模集成电路（ ULSIC）。
由于电路越来越复杂，集成电路与外部连接的引脚从
几十条增加到几百条，这就使得芯片封装形式也不断
变化。
所谓 IC芯片的封装是指安放半导体芯片所用的外
壳，芯片内部电路用非常精细的导线连接到封装外壳
的导电引脚上，通过引脚与印刷电路板上的其它元器
件连接。因此，封装对 CPU和其它集成电路都是非常重
要的。新一代的 CPU也往往采用新型的封装形式。
芯片的封装从 DIP,QFP,PGA,BGA,CSP到 MCM等
经历了若干代的改进，使得封装面积与芯片面积越来
越接近，适用频率越来越高，散热耐温性能越来越好，
引脚数越来越多而间距越来越小，可靠性越来越高，
安装越来越方便，等等。下面对各种不同的封装做一
简要介绍。
1,DIP封装
DIP（ Dual In-line Package）即双列直插封装，
是 70年代流行的中小规模集成电路的封装形式，它们
的引脚直立在矩型集成电路的两个长边上，通常为 8到
40脚。 Intel公司的 8088,80286处理器都采用 DIP封装，
图 3-3就是 DIP封装的 Intel 8088处理器。
图 3-3 DIP封装的 Intel 8088
2,PQFP封装
PQFP（ Plastic Quad Flat Package）塑料四方
扁平封装，是 80年代的大规模集成电路的封装形式。
引脚由方形集成电路的四个边上引出，通常为几十到
上百脚。 Intel公司的 80286和 80386处理器都有采用
PQFP封装的，如图 3-4所示。
图 3-4 PQFP封装的 286和 386CPU
3,PPGA封装
PPGA（ Plastic Pin Grid Array Package）塑料
针栅阵列封装或 CPGA陶瓷针栅阵列封装，是 90年代超
大规模集成电路的封装形式。如图 3-5所示，针形引脚
由集成电路的方形底面上直立引出，通常为二、三百
脚。这个时期的多种 CPU、外围芯片组等采用此种封装，
如 80486,Pentium等。
图 3-5 PPGA封装的 486CPU
4,BGA封装
BGA（ Ball Grid Array Package）球栅阵列封装，
是 90年代后期超大规模集成电路的另一种封装形式。
如图 3-6所示，球形引脚由集成电路的方形底面上引出，
通常为五、六百脚。目前大多数外围芯片和便携机专
用 CPU采用此种封装，便于将高密度的引脚焊接到主板
上。
图 3-6 BGA封装的 440ZX芯片
3.1.2.2 CPU的插座
主板上的 CPU插座是安装 CPU的基座，它们的结构
形状、插孔数、各个插孔的功能定义都不尽相同，因
此不同 CPU必须使用不同的插座。
Intel推出的一种称为零插拔力 ZIF（ Zero
Insert Force）的 CPU插座,CPU可以轻松地取下或装
上，避免了精密引脚的损伤。 Socket插座属于零插拔
力（ ZIF）插座，只要将锁紧杆扳到竖直位置，插拔
CPU就毫不费力。 Socket插座如图 3-7所示。
图 3-7 Socket插座
各种常用的 CPU采用的插座如下,
1,486CPU采用 Socket 2和 Socket 3等。最早的
Pentium 60,66,75等单电压 CPU采用 Socket 4和
Socket 5。
2,Pentium （ P54C）和 Pentium MMX（ P55C）单 /
双电压 CPU的插座型号是 Socket 7，是白色平板，近似
于正方形，有 297个插孔，中间的方形空槽是芯片反面
核心硅片的散热空间,CPU管脚插孔排列在空槽的四周。
3,Pentium Pro CPU的插座型号是 Socket 8，是
白色平板，长方形，有 387个插孔，中间的方形空槽是
芯片反面核心硅片的散热空间,CPU管脚插孔排列在空
槽的四周。
4,Pentium Ⅱ 和 Pentium Ⅲ 的插座型号是 Slot
1型，是黑色条形插槽，有 242个触点，是单边接触
（ S.E.C.）直插式。早期的 Celeron 300A,333等也采
用此种插座。 Slot插座如图 3-8所示。
图 3-8 Slot插座
5,AMD K6-2,3的插座型号是 Super 7，它是
Socket 7的改进版。
6,Celeron的插座型号是 Socket 370，它也是
Socket 7的改进版，插孔增加到 370个。
7,Intel Xeon（至强） CPU用于服务器，它的插
座型号是 Slot 2与 Slot 1相似。
8,AMD Athlon的插座型号是 Slot A，外形与 Slot
1相似，但结构规格不同。
9,Pentium 4采用了新型的 423个插孔的 Socket
423插座，或 478个插孔的 Socket 478插座。
3.2 过去的 32位 Intel处理器
Intel的 32位 CPU是从 80386开始，还有 80486、
Pentium和 Pentium Ⅱ 等，下面分别介绍它们的特点。
3.2.1Intel 80486处理器
3.2.1.1 486CPU的特点
它主要有 80486DX,80486SX,80486DX2、
80486DX4和各种类型的超级驱动处理器 ODP(Over
Drive Processor)。 486CPU如图 3-5所示。与 386相比，
486 CPU具有如下特点,89年 4月推出 486 DX-25到 92年
8月推出 486 DX2-66，长达 3年多。
1,486的数据线和地址线仍为 32位，可直接寻址
物理内存 4GB，虚拟内存 64TB。
2．芯片内部集成了浮点处理单元（ FPU），大大
提高了对复杂数学运算的处理速度。它内部还集成了
8KB的高速缓存，大大提高了系统内存的访问速度，同
时大大减少了对系统总线的占用，进一步提高了系统
速度。
3．它采用了精简指令 RISC（ Reduced
Instruction Set Computer）技术，降低了执行指令
的时钟数，达到每时钟执行 1.2条指令。它采用猝发式
总线（ Burst Bus）技术，即取得一个地址，与该地址
相关的一组数据都进入输入输出操作。
4．它内部的 CPU,FPU和 Cache之间都采用高速总
线传输数据。在相同的工作频率下，其处理速度比 386
提高了两倍以上。
5,486芯片采用 0.8微米 CMOS，集成了大约 120万
个晶体管。 486 CPU的种类非常多，各自的插座也互不
兼容，更换时要特别小心，不能插上就用。
3.2.1.2 486CPU的种类
486有如下几种,
1,Intel 80486DX
486DX是非常优秀的 32位处理器。它的数据线和
地址线均为 32位，可直接寻址物理内存 4GB，虚拟内存
64TB。 486DX有 25,33和 50MHz三种型号。它的内部包
含了浮点处理单元（ FPU）和 8KB的高速缓存
（ Cache），大大提高了系统运行速度。 CPU外频等于
内部工作频率。多数 486DX芯片采用 168条引脚的 PGA封
装。
2,Intel 80486SX
486SX内部不包括 FPU，是 Intel公司为促进 386DX
换代而推出的廉价版的 486处理器，有 16,20,25和
33MHz四种型号。当需要加强 486SX系统的复杂运算能
力时，可以在其主板的专用插座上插入数值运算协处
理器 MCP（ Math CoProcessor） 80487SX。 487SX与
486SX相对应也分为 16,20,25和 33MHz四种。
3,Intel 80486DX2
80486DX2与 486DX不同，它的内部设有一个时钟倍频
器（ Clock Doubler），可将外部输入的时钟信号二倍
频后作为 CPU的实际工作频率。在相同的主板时钟下，
486DX2 CPU就能以更高的速度工作。 486DX2有 50,66
和 80MHz三种型号，它们的外部时钟频率分别为 25,33
和 40MHz。 486DX2系统板上一般应具有 128KB以上的
Cache。
4,Intel 80486DX4
80486DX4 CPU的芯片内部将外部时钟信号三倍频
后作为 CPU的实际工作时钟。 486DX4有 75和 100MHz两种
型号，它们要求外部输入时钟频率分别为 25和 33MHz，
工作特点与 486DX2类似。
3.2.2 Intel Pentium处理器
3.2.2.1 Pentium CPU的特点
Pentium音译为, 奔腾,,与 486相比,Pentium
处理器有如下特点,
1,Pentium系列的处理器在设计上与 486相比有
很大的改进，但仍与 386和 486兼容，在相同的操作模
式上可执行所有的 386和 486程序，可以以实模式引导，
然后转到保护模式和虚拟 8086模式。
2．它的内部数据总线仍为 32位，是 32位处理器。
但其内部寄存器和外部数据线加倍为 64位，提高了与
内存间数据交换的速度。地址线仍为 32位，可直接寻
址物理内存 4GB，虚拟内存 64TB。
3．它的内部采用了超标量结构，处理器由两条并
行的流水线构成，每条流水线都有自己的算数逻辑单
元（ ALU）、高速缓存（ Cache）接口和地址生成电路
等，可以在单个时钟周期内并行执行几条指令。
4．与 486CPU相比，它内部的高速缓存增加为 16KB，
并且结构也改进为采用两个彼此独立的 8KB的 Cache，
一个用于程序指令代码存储，一个用于数据存储，减
少了 Cache争用，从而使其内部 Cache的效能比 486大大
提高了。
5,Pentium内部的浮点运算单元（ FPU）也进行了
彻底改进，使之大大优于 486，在相同的时钟下运行时，
要快三、五倍，这种优越性在执行那些有复杂数学运
算的应用程序时尤为突出。
6．奔腾处理器芯片采用 0.6或 0.35微米 BiCMOS工
艺制做，集成度更高，内含大约 330万个晶体管。它们
的功耗都很大,Pentium 66在 5V电压下功耗为 15W，所
以均需要自配专用的散热片和散热风扇。
3.2.2.2 Pentium CPU的种类
Pentium有如下几种,
1,Pentium
第一代 Pentium CPU也称为 P54C系列，按 CPU工作
频率分为 60,66,75,90,100,120,133,150,166
和 200MHz等多种型号，见图 3-9。
图 3-9 Pentium处理器
它的内部数据总线为 32位，是 32位处理器。但外
部数据线为 64位，提高了与内存间数据交换的速度。
地址线为 32位，可直接寻址物理内存 4GB，虚拟内存
64TB。它的内部高速缓存增加为 16KB，并且是两个彼
此独立的 8KB的 Cache，一个用于程序指令代码存储，
一个用于数据存储。它的内部采用了超标量结构，有
两条并行的指令处理流水线，可以在单个时钟周期内
并行执行几条指令。 Pentium内部的 FPU效能也很高。
各种奔腾处理器均采用 296针的 PGA封装和统一的
Socket 7插座，便于 CPU的升级。
2,Pentium Pro
Pentium Pro是 P6级 CPU，也称为高能奔腾, 95年
11月推出，有 150,166,180和 200MHz四种型号。
它的地址线增加到 36线，可直接寻址 64GB的物理
内存，虚拟内存 64TB。它有三条超标量流水线和五个
并行的执行部件。芯片内含的 L1 Cache增加到 32KB
（指令 16KB，数据 16KB），还设置了内部的 L2 Cache，
有 256,512和 1024KB三种。它的内部总线为 64位，处
理器到 Cache也为 64位。它的芯片集成度更高，采用
0.35微米 CMOS,CPU内核包括 550万个晶体管。 256KB的
L2 Cache采用 0.6微米 CMOS，集成了 15百万个晶体管。
512KB的 L2 Cache采用 0.35微米 CMOS，集成了 31百万个
晶体管。均采用 387针的 PGA封装和 Socket 8插座。
3,Pentium MMX
Pentium MMX也称为 P55C系列，或多能奔腾,97年
1月推出，有 166,200和 233MHz三种型号。外形如图 3-
10所示。
图 3-10 Pentium MMX处理器
它基于 P54C的架构，但采用了 Intel的多媒体扩展
指令（ Multi Media eXtended,MMX）技术，增加了 57
条多媒体处理指令集。 MMX针对音频、视频、图像和三
维几何图形等多媒体计算，也针对调制解调器和综合
业务数字网（ ISDN）等通讯方面的应用，它使得 CPU对
游戏、影像播放及图像处理等与多媒体相关的综合处
理能力大大提高。
采用 0.35微米 CMOS技术，芯片内集成了大约 450万
个晶体管。采用 296针的 PGA封装和 Socket 7插座，可
以直接对 P54C系统进行升级。
4,Pentium Ⅱ
Pentium Ⅱ 是 Pentium Pro架构上的 MMX处理器，
它也是 P6级 CPU，因此称为二代奔腾。它于 97年 5月推
出 233MHz到 98年 8月推出 450MHz，共有 233,266,300、
333,350,400和 450MHz七种型号。图 3-11是奔腾二处
理器。
图 3-11 Pentium Ⅱ 处理器
它对 Pentium Pro又做了改进，并增加了 MMX技术
和 57条 MMX指令。奔腾二采用了二级 Cache结构，即芯
片内集成了 32KB的 L1 Cache和在 CPU电路板上另外加装
了分立的 512KB的 L2 Cache。它的内部总线为 64位，处
理器到 L2 Cache也为 64位。地址线为 36线，可直接寻
址 64GB的物理内存，虚拟内存 64TB。
Intel专门为奔腾二设计了的高速图形接口 AGP
（ Accelerated Graphics Port)，以发挥其优秀的
2D/3D图形功能。奔腾二系统还采用了 66或 100MHz的
FSB系统总线，支持高速的 PC-66和 PC-100的 SDRAM存储
器。
Intel 440LX以上的芯片组配合奔腾二，支持 AGP
总线和 SDRAM内存等。
Pentium Ⅱ 芯片被封装在一个黑色方形盒中，采
用 242脚的 S.E.C.单边接触封装和 Slot 1黑色长插槽。
它的主板都采用新型 ATX结构，比 AT结构更趋于合理。
3.3 目前的 Intel处理器
上面介绍的 CPU在市面上已经没有供货，目前流行
的 32位 Intel CPU有 Intel Celeron,Pentium Ⅲ 和
Pentium 4等。
3.3.1 Intel Celeron处理器
Celeron音译为, 赛扬,, 98年 4月 15日推出
266MHz到 2001年 1月 3日推出 800MHz，已有三年多的使
用期了。它有 266,300,300A,333,366,400,433、
466,500,533A,533,566,600,633,667,700、
733,766,800,850和 900MHz等多种型号。赛扬 CPU的
外形如图 3-12所示。
图 3-12 Celeron处理器
早期的赛扬 266到 400MHz这几种处理器是基于奔
腾二的架构，保留了芯片内 32KB的 L1 Cache，取消了
CPU内部 512KB的 L2 Cache，所以它是简版的奔腾二，
目的是填补当时昂贵的奔腾二留下的低价位 PC市场。
后来为了提高其性能，在 433MHz以上的赛扬芯片
内又集成了 128KB的全速 L2 Cache。目前的赛扬已经采
用奔腾三的核心架构，支持 66MHz和 64位的系统总线。
它们是高性能价格比的 CPU，占据着奔腾三以下的廉价
PC机市场。目前市场上流行的奔三赛扬为 700到 950MHz
等。
433MHz以上的 Celeron处理器内核包括一个 32K
（ 16K+16K）的 L1 Cache和称为高级传输缓存的 128KB
的全速 L2 Cache。所谓高级传输缓存是集成在处理器
内部的能全速运行于处理器内核主频的 L2 Cache，它
通过一个专用的 64位高速缓存总线，使得内部二级缓
存的速度同处理器内核频率相匹配。
支持 66MHz系统总线（ FSB）。集成 MMX多媒体指
令技术，单指令多数据技术 SIMD（ Single
instruction multiple data）,57个 MMX新指令,8个
64位 MMX技术的寄存器,4种新的数据类型。高效的管
道浮点运算单元（ FPU），支持 32位和 64位格式。
433MHz以上的赛扬处理器都采用 370针的 PPGA封装
和 Socket 370插座。如果是 Slot 1插座的主板，也可
以通过一个 Socket 370到 Slot 1的转接板去安装。
433MHz的赛扬也有 242脚 SEPP单边处理器封装的，它使
用 Slot 1插座。
Celeron 800以上的 CPU支持 100MHz的系统总线
（ FSB）。
Intel 810和 440BX等芯片组均支持赛扬处理器系
统。最新的 Intel 810E2芯片组支持 800MHz赛扬，与其
组成支持 100MHz的系统总线和 ATA-100 Ultra DMA硬盘
的系统。
3.3.2 Intel Pentium Ⅲ 处理器
Pentium Ⅲ 也称为奔腾三代处理器,99年 2月 26日
推出 450MHz,2000年 3月 8日推出 1.0GHz。共有 450、
500,533A,533,550,600,650,667,700,733、
750,800,850,866,933MHz,1GHz,1.1GHz和
1.2GHz多种型号。它在商业媒体处理、通讯和
Internet性能上比奔腾 II都有出色的改进。质量、可
靠性和兼容性也大大提高。奔腾三的外形如图 3-13所
示。
图 3-13 Pentium Ⅲ 处理器
奔腾三集成了 P6微结构处理器的最佳性能。
增加了 70个针对高级图像,3D、音頻视頻流、数
字影像和语音识别高速处理的新指令,Intel称其为互
联网 SSE，即流水线单指令多数据扩展 SSE指令集
（ Streaming SIMD Extensions）。
为配合 SSE指令集，新增加了 8个 128位单精度寄
存器（每个都是 32位 × 4），能同时处理 4个单精度浮
点变量。从而达到每秒 20亿次浮点运算的高速度，这
使得视频播放更趋平稳。在 Internet上，可以实现用
语音在网上搜索、浏览，可以实现由三维动画、影像、
音频和文字共同合成的精美网页。
450,500,550和 600MHz的奔腾三支持 100MHz的
64位 FSB系统总线，在 CPU核心中集成了 32KB的 L1
Cache，在 CPU内部也安装了分立的 512K的 L2 Cache
（半速带 ECC缓存）。采用 0.25微米技术，集成了 950
万个晶体管。采用单边接触 S.E.C.C.封装和 Slot 1或
Slot 2插座。
500MHz以上的奔腾三支持 133MHz的 FSB系统总线，
在 CPU核心中集成了 32KB的 L1 Cache和 256KB的 L2
Cache（全速带 ECC高级传输缓存）。采用 0.18微米技
术，集成了 2800万个晶体管。采用单边接触 SECC、
SECC2封装和 Slot 1,Slot 2插座，或 FC-PGA封装和
Socket 370插座。
所谓高级传输缓存是集成在处理器内部的能全速
运行于处理器内核主频的 L2 Cache。这项技术是奔腾
三处理器出色性能的关键。
440BX以上的外围芯片均支持奔腾 III处理器。
3.3.3 Intel Pentium 4处理器
2000年 11月，英特尔公司推出了 Pentium 4（奔
腾四代）这个最新一代的面向高性能台式计算机的微
处理器。奔腾四有 1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8和
2.0GHz七个品种。奔腾四处理器的外形如图 3-14所示。
图 3-14 Pentium 4 处理器
采用 Intel NetBurst微型架构技术，为 32位处理
器提供了新的动力，是自 95年推出 Intel P6微架构的
高能奔腾处理器以来，又一全新的台式处理器设计。
奔腾 4的 NetBurst微架构主要特点有超级通道技
术（ Hyper Pipelined Technology）、快速执行引擎
（ Rapid Execution Engine）、流水线 SIMD扩展 2技术
即 SSE2（ Streaming SIMD Extensions 2）,400MHz系
统总线、执行踪迹 Cache（ Execution Trace Cache）
和高级动态执行引擎（ Advanced Dynamic Execution
Engine）等。
超级通道技术，可使 Pentium 4在 20级管线
（ Pipeline）里执行指令，而 Pentium III只有 10级通
道,AMD Athlon有 15级。
快速执行引擎能使算术逻辑部件 ALU的工作频率
为 CPU核心时钟速率的两倍，使 ALU执行整数运算指令
的速度两倍于 CPU内核速度，从而大大提高了执行时的
吞吐量。
增加了 144条被称为流水线 SIMD扩展 2的新指令即
SSE2，其中包括 128bit SIMD整数运算指令和 128bit浮
点运算指令等。这些指令可以大大提高数据流媒体处
理、运行交互性游戏和演示 MP3视频信息的性能，从而
加速了处理视频、音频和 3D的应用。
采用 400MHz的系统 FSB总线，具备了 3.2GB/S的带
宽，相当于奔腾三的三倍。支持目前市场上最快的双
通道 RDRAM内存。最大支持 64GB内存。
奔腾 4的芯片内集成了 8KB的 L1 Cache和 256KB的
L2 Cache，它们执行踪迹高速缓存技术，采取将已经
解码的指令存贮到 Cache的结构，可以存贮约 12000条
指令。
Intel Pentium 4处理器可以实现 Internet的最
高性能，包括音频和视频流、高性能的 3D图形、数字
摄影和数字电视、语音识别、多媒体,MP3音乐编码等。
Pentium 4 -2GHz与 Pentium Ⅲ -1GHz的 Internet性能
比较如图 3-15所示。
图 3-15
Pentium 4与
Pentium Ⅲ
的性能比较
芯片采用 0.18微米制造工艺，集成了 4200万个晶
体管。它的耗电量为 50多瓦。
Pentium 4采用了 423针和新的 478针的 Flip-Chip
PGA封装，采用了 Socket 423和 Socket 478插座。处理
器核心的散热面积增大，以便 CPU上的散热器带走更多
的热量。
Intel还同时推出了与 Pentium 4处理器配套使用
的 Intel 850外围芯片组。
3.4 AMD和 Cyrix处理器
3.4.1 AMD处理器
AMD的处理器是与 PC兼容性能优良的 CPU，市场占
有率仅次于 Intel，并被许多名牌 PC机所采用。
1 AMD K6
相当于奔腾（ P54C）。有 166,200,233,300、
350MHz等。内置高速缓存为 64KB，高于奔腾一倍。 CPU
插座与 Pentium相同，为 Socket 7。
2,AMD K6-2
相当于奔腾 II。有 266,300,333,350和 400MHz
等。 CPU插座采用 Socket 7的改进型高速 Super Socket
7，即 Super 7。
3,AMD K6-2-3Dnow！
有 366,380,400,450,475,500MHz。它率先采
用 3D-Now！指令集技术,21个新的 SIMD指令，大大提
高了对图像和图形、丰富的声音和视频、增强的
Internet等的处理能力。插座采用 Super 7。
4,AMD-K6-Ⅲ
有 400,450MHz等。支持高速的 100MHz系统总线
（ FSB）和高速图形接口 AGP。采用 Super 7插座。
增强的超标量结构 MMX指令。高性能的浮点单元 FPU。
3D-Now技术的 21个新的 SIMD指令，大大改善了 3D图形
和多媒体性能。
创新的系统 3级 Cache设计,CPU内核有 320KB的
Cache，分为 2级,L1 Cache为 64KB，分为 32KB指令
Cache和 32KB回写双接口数据 Cache,L2 Cache为 256KB。
CPU外部还有主板上的 L3 Cache，可选择其大小，通常
为 512KB或 1MB。
高级的 RISC86超标量微结构，每个时钟可执行 6
个 RISC86指令，十个并行的专门执行单元。
5,AMD Athlon
也称为, 速龙, 。主频类型有 500,550,600、
650,700,750,800,850,900,950,1000MHz
（ 1GHz）,1.1,1.13,1.2,1.3和 1.4GHz。它是第七
代（ P7）处理器，它基于第六代微结构设计，进一步
推动微软产品和技术的表现达到一个新的水平。速龙
处理器的外形如图 3-16所示。
图 3-16 Athlon处理器
它是第一个高时钟频率的九版超流水线、超标量
x86微结构。可同时发出 9条指令的超标量微结构，包
括 3个并行超标量整数运算,3个浮点运算和 3个地址计
算的 9条流水线。第一个全管道、超标量浮点单元。能
同时发出 3个超标量流水线浮点或多媒体指令。当今最
快的 x87 FPU。
高性能的 3级高速缓存技术，处理器核心包含
128KB的 L1 Cache（是奔腾 III的 4倍）和 256KB（最高
达 512KB）全速的 L2 Cache，另外还有高速 64位 L2
Cache控制器，支持主板上从 512KB到 8MB缓存。
增强的 3D-Now！技术,21个最初的 3Dnow指令能够
实现超标量结构单指令多数据 SIMD，大大提高 3D性能。
19个新的指令能够改善用于语音和视频编码的整数数
学运算，改善 Internet插件程序（ Plug-ins）和别的
流水般的应用软件的数据运动。 5个新的数字信号处理
（ DSP）指令改进软调制解调器（ Soft Modem）、软
ADSL、杜比数字环绕声（ Dolby Digital Surround
Sound）和 MP3应用软件。
支持 200或 266MHz系统总线，对于数据运动软件
提供极优的带宽。 200MHz系统总线的 Athlon 850,900、
950MHz和 1,1.1,1.2,1.3和 1.4GHz处理器支持
PC1600 DDR（ Double Data Rate）存储器。 266MHz系
统总线的 Athlon 1,1.13,1.2,1.33和 1.4GHz处理器
支持 PC2100 DDR DRAM存储器。它们也支持 PC100、
PC133 SDRAM内存。
基于优化和高性能平台的新型 Slot A插座，在物
理机械规格和机械连接器上与奔腾 II/III的 Slot 1相
仿，但是采用的总线协议和电气精度是不同的。另一
种封装（ PGA）的 Athlon采用新型的 462针 Socket A插
座。
它使用 0.18微米工艺，集成了约 22百万到 37百万
个晶体管。电压 1.75V，耗电约 38W。
6,AMD Duron
也称为, 毒龙,,它是 Athlon的廉价版，它以很
高的性能价格比冲击 Intel赛扬霸占的价值 PC机市场，
它与相同频率的赛扬处理器相比性能通常提高了 25%。
Duron目前有 600,650,700,750,800,850、
900和 950MHz等几种主频。有配合 Slot A和新型 462针
Socket A的两种封装。
AMD Duron处理器的核心基于 Athlon处理器，包括
全速特性、内部 L2 Cache,200MHz系统总线（ FSB）和
增强 3D-Now!技术。它包含片内的 128KB的 L1 Cache和
64KB的 L2 Cache，另外还需主板上 512KB的 L2 Cache。
使用 0.18微米工艺，集成了 2500万个晶体管。电
压 1.50V，耗电约 23W。
3.4.2 Cyrix处理器
Cyrix的处理器也是与 PC兼容性能优良的 CPU，它
的价格较低，多用于廉价的 PC机系统。
1,Cyrix M II
即 Cyrix 6X86 MX，相当于奔腾 II。品种有 166、
200,233,266,300,333,350,400和 433等。它们
的型号数字只表明它们的性能相当于该主频的奔腾 II
或 AMD K6-2，但它们的实际频率都要低一档，如 Cyrix
M II 300的实际主频是 233MHz。
处理器内部 L1 Cache为 64KB。支持 MMX指令集、
增强的内存管理单元、增强的 P6超标量体系结构。 80
位的 FPU。
灵活多样的核心与总线时钟转换率，时钟可 2×,
2.5×, 3×, 3.5×, 4× 。 CPU双电压，处理器核心电
压为 2.9V,I/O电压为 3.3V。
CPU插座为 Socket 7，与 P54C,P55C兼容。
2,VIA Cyrix Ⅲ
相当于奔腾 Ⅲ 。品种有 433,466,500,533、
600和 700MHz等。 Cyrix Ⅲ -700外形如图 3-17。
处理器芯片集成 64KB的 L1 Cache和 256KB的 L2
Cache。 Cyrix 700芯片内集成 128KB的全速 L1 Cache。
支持 66,100和 133MHz系统 FSB总线,3D-Now！技术、
增强双管道 MMX和高性能 FPU。
CPU采用 P6级的 Socket 370插座。采用 0.18微米
工艺，功耗 10瓦。
图 3-17 Cyrix Ⅲ 处理器
习题
1．了解 CPU的内部结构。
2．掌握 CPU各项基本指标的意义。
3．了解 CPU的各种封装形式。
4．熟悉各种 CPU的插座。
5．熟悉各种类型的 Intel处理器和它们各自的特点。
6．了解 AMD和 Cyrix的各种处理器的特点。
