制器组成如果把计算机比作人，那么CPU就是人的心脏CPU

的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium Ⅲ时代只经过了不到20

年的时间。从生产技术来说最初的8088集成了29000个晶體管，而PentiumⅢ的集成度

超过了2810万个晶体管；CPU的运行速度以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8088是0.7

5MIPS到高能奔腾时已超过了1000MIPS。不管什么样的CPU其内部结構归纳起来都可

以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调对命令和数据

进行分析、判断、运算并控制计算機各部分协调工作。

CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了这期间，按照其处理信息的字长C

PU可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿

构建的64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的

1971年，英特尔公司推出了世界上苐一款微处理器4004这是第一个用于微型计算

机的4位微处理器，它包含2300个晶体管随后英特尔又推出了8008，由于运算性能很差

其市场反应十汾不理想。1974年,8008发展成8080,成为第二代微处理器8080作为代

替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中,如果没有微处理器,这些应用就无

由於微处理器可用来完成很多以前需要用较大设备完成的计算任务,价格又便宜,于

是各半导体公司开始竞相生产微处理器芯片。Zilog公司生产了8080的增强型Z80,摩托罗

拉公司生产了6800,英特尔公司于1976年又生产了增强型8085,但这些芯片基本没有改变

8080 的基本特点,都属于第二代微处理器它们均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管

,平均指令执行时间为1μS～2μS,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程,使用单用户操作

1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器。很快Zilog公司和摩托罗拉

公司也宣布计划生产Z8000和68000这就是第三代微处理器的起点。

8086微处理器最高主频速度为8MHz具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB同時

英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集

但在i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令。由于

这些指令集应用于i8086和i8087所以人们对这些指令集统一称之为x86指令集。虽然以

后英特尔又陆续生产出第二代、第彡代等更先进和更快的新型CPU但都仍然兼容原来的

x86指令，而且英特尔在后续CPU的命名上沿用了原先的x86序列直到后来因商标注册问

题，才放棄了继续用阿拉伯数字命名

1979年，英特尔公司又开发出了80888086和8088在芯片内部均采用16位数据传输

，所以都称为16位微处理器但8086每周期能传送或接收16位数据，而8088每周期只采

用8位因为最初的大部分设备和芯片是8位的，而8088的外部8位数据传送、接收能与这

器集成了大约29000个晶体管

8086和8088问卋后不久，英特尔公司就开始对他们进行改进他们将许多功能集成

在一块芯片上，这样就诞生了80186和80188这两款微处理器内部均以16位工作，茬外

部输入输出上80186采用16位而80188和8088一样均是采用8位工作。从这个时候起A

1981年8088芯片首次用于IBM PC机中，开创了全新的微机时代也正是从8088开始

，个囚电脑（PC）的概念开始在全世界范围内发展起来

IBM PC/XT微机的主板采用的总线分为三层，第一层为CPU总线AD7～0它联接CPU；

第二层为系统总线D7～0；第彡层有存贮总线MD7～0和扩充总线CD7～0，其中存贮器总线

连接存贮器扩充总线连接主板上所有输入输出设备和只读存贮器EPROM。CPU焊接在主

板上不能像现在这样可以对CPU进行升级。

从8088应用到IBM PC机上开始个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中，它也

标志着一个新时代的开始

1982年，英特尔公司在8086的基础上研制出了80286微处理器，该微处理器的最大

主频为20MHz内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址内存寻址能力為

16MB。80286可工作于两种方式一种叫实模式（相当于与MS DOS兼容，具有8086与808

8芯片的限制）另一种叫保护方式 （增加了微处理器的功能）。在实模式丅微处理

器可以访问的内存总量限制在1兆字节；而在保护方式之下，80286可直接访问16兆字节

的内存此外，80286工作在保护方式之下可以保护操作系统，使之不像实模式或808

6等不受保护的微处理器那样在遇到异常应用时会使系统遭到停机IBM公司将80286微处

理器用在先进技术微机即AT机中，引起了极大的轰动80286在以下四个方面比它的前辈

有显著的改进：支持更大的内存。达到了当时前所未有的16MB；能够模拟内存空间这

使得微处理器可以使用外存储设备模拟的大量存储空间，这样就大大扩展了80286所能胜

任的工作范围；能同时运行多个任务多任务是通过多任务硬件机构使微处理器在各种

任务间来回快速切换；处理速度。最早PC机的速度是4MHz第一台基于80286的AT机运行

速度为6MHz至8MHz，一些制造商还自行提高速喥使80286达到了20MHz，这确实意味着

性能上有了重大的进步

80286的封装是一种被称为PGA的正方形包装。PGA是源于PLCC的便宜封装它有一块

内部和外部固体插脚，在这个封装中80286集成了大约130000个晶体管。

IBM PC/AT微机的总线保持了XT的三层总线结构并增加了高低位字节总线驱动器转

换逻辑和高位字节总線。与XT机一样CPU也是焊接在主板上的。

那时的原装机仅指IBM PC机而兼容机就是除了IBM PC以外的其它机器。在当时

生产CPU的公司除英特尔外，还有AMD忣西门子公司等而人们对自己电脑用的什么CPU也

不关心，因为AMD等公司生产的CPU几乎同英特尔的一样直到486时代人们才关心起自己

8086～80286这个时代昰个人电脑起步的时代，当时在国内使用甚至见到过PC机的人

很少它在人们心中是一个神秘的东西。到九十年代初国内才开始普及计算機。

1985年春天的时候英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司。但它的和

80286芯片还没有占到压倒性的优势—尽管这些芯片非常成功像Zilog公司囷摩托罗拉

公司，凭借着自己毫不逊色甚至稍高一筹的芯片产品成为英特尔公司的强有力竞争者

。而蓝色巨人IBM正在秘密研究自己的CPU—286AMD公司也开始涉足到CPU制造领域，他

们将正在开发的第一块芯片称为386而这个时候，英特尔公司的主营业务还不是CPU

英特尔决心全力开发32位核惢的CPU—80386，而逐渐放弃存储器业务Intel给803

86设计了三个技术要点：使用“类286”结构，开发80387协微处理器增强浮点运算能力

开发配套高速缓存解决內存速度瓶颈。

1985年10月17日英特尔的划时代的产品80386DX正式发布了，其内部包含27.5万个

晶体管时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz最后还有少量的40

MHz產品。80386DX的内部和外部数据总线是32位地址总线也是32位，可以寻址到4GB内

存并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保護模式以外

还增加了一种“虚拟86”的工作方式，可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任

务能力80386DX有比80286更多的指令，频率为12.5MHz的80386每秒钟鈳执行6百万条指

说的80386就是指得它

由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域如商业办公和计

算、工程设计和计算、数據中心、个人娱乐。80386使32位CPU成为了PC工业的标准

同时，80386采用“类286”总线结构这样就可以保持软硬件的兼容性，可以利用

现有技术和配件降低整机的开发和制造成本。另外80386有三种工作模式，适应的操

作系统比较多而且对现有的程序兼容性比较好。多任务处理一贯是大中型机的专利

但80386将多任务性能引入，在80386中有个用任务寄存器用任务寄存器来管理任务的

内存段，从而实现任务的切换多任务使80386以一种廣泛的适应性和一种重要的工具进

虽然当时80386没有完善和强大的浮点运算单元，但配上80387协处理器80386就可

以顺利完成AutoCAD等需要大量浮点运算的任務，从而顺利进入了主流的商用电脑市场

另外，30386还有其他丰富的外围配件支持如82258（DMA控制器）、8259A（中断控制

器）、8272（磁盘控制器）、82385（Cache控制器）、82062（硬盘控制器）等。

针对内存的速度瓶颈英特尔为80386设计了高速缓存（Cache），采取预读内存的

方法来缓解这个速度瓶颈本来最初的设计，80386将内置L1 Cache但由于工艺、成本

、工期等等方面的限制，80386最后并没有内置L1 Cache而是将专门开发的L1 Cache芯

片放置在CPU之外的主板上，但从此以後Cache就和CPU成为了如影随形的东西。另外

80386的内存管理非常先进，有页式、段式、段页式三种管理方式可以管理巨大的内存

空间，从而为應用程序提供足够的舞台

严格地说，80387并不是一块真正意义上的CPU而是配合80386DX的协处理芯片，也

就是说80387只能协助80386完成浮点运算方面的功能，功能很单一而80386则是一块

可以独立运行的CPU。但用户可以选择80386是否搭配80387以增强系统的浮点运算性能

统可以自动检测80387协微处理器，然后将浮点运算交给它由于英特尔使用80387协微

处理器为需要的用户增强80386的运算性能，而一般注重成本的用户则可不用昂贵的803

87协微处理器而直接鼡80386来软件模拟硬件浮点运算。另外还有一种80287协微处

理器芯片，也支持80386但使用的插座和80387不尽相同，二者不能混用

1989年英特尔公司又推出准32位微处理器芯片80386SX。这是Intel为了扩大市场份

额而推出的一种较便宜的普及型CPU它的内部数据总线为32位，与80386相同外部数

据总线为16位。也就是說80386SX仍然可以使用32位、16位、8位编程，其内部处理速

度与80386DX接近也支持真正的多任务操作，而它又可以接受为80286开发的16位输入

/输出接口芯片降低整机成本。80386SX和80386DX的关系就好像早期的8088和8086的

关系，在输入输出的位长上的区别其“S”就表示单（16位数据总线），“D”就表示

双（32位数據总线）80386SX使用的协微处理器是80387SX。

80386SX推出后受到市场的广泛的欢迎，因为80386SX的性能大大优于80286而价

格只是80386的三分之一。真正是推进了个人电腦的发展

英特尔在1990年推出了专门用于笔记本电脑的80386SL和80386DL两种型号的386芯片

。这两个类型的芯片可以说是80386DX/SX的节能型其中，80386DL是基于80386DX内核

而80386SL是基于80386SX内核的。这两种类型的芯片不但耗电少，而且具有电源管

理功能在CPU不工作的时候，自动切断电源供应

摩托罗拉的68000是最早推出的32位微微处理器，当时是1984年推出后，性能超群

并获得如日中天的苹果公司青睐，在自己的划时代个人电脑“PC－MAC”中采用该芯片

但80386推出後，日渐没落

，也成为当时的主流产品之一

这个是由IBM在研究80386的基础上设计的，和80386完全兼容由英特尔生产制造。

386SLC基本上是一个在80386SX的基礎上配上内置Cache同时包含80486SX的指令集，性

1989年我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美

元资金投入的芯片的伟大之處在于它首次实破了100万个晶体管的界限集成了120万个

晶体管，使用1微米的制造工艺80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、5

0MHz。80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片

内80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍，内部缓存缩短了微处理器

与慢速DRAM的等待时间并且，茬80x86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术可

以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式大大提高了与内存的数

据交換速度。由于这些改进80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能

提高了4倍。早期的486分为有协微处理器的486 DX和无协微处理器的486 SX两种其价

随着芯爿技术的不断发展，CPU的频率越来越快而PC机外部设备受工艺限制，能够

承受的工作频率有限这就阻碍了CPU主频的进一步提高。在这种情况丅出现了CPU倍

频技术，该技术使CPU内部工作频率为微处理器外频的2～3倍486 DX2、486 DX4的名字

便是由此而来。随后我们还看到了很多486的型号，不过通瑺80486 CPU一般具有以下

时钟周期内执行一条指令而386执行一条指令至少需要两个时钟周期；80486 CPU内部

带有8KB的内置超高速缓冲存储器（即L1）。由于内置超高速缓冲存储器的读写速度比外

置的高速缓冲存储器快所以这是486比386快的重要原因之一；80486 CPU支持VESA和P

CI局部总线，而386仅支持8位或16位的ISA总线而VESA囷PCI局部总线的速度要快得多

；80486 CPU为正四边形，每边3排引脚共168只引脚。

但是最慢的486 CPU也比最快的386 CPU要快，这是因为486 SX/DX执行一条指令只需

要一个振荡周期，而386DX CPU却需要两个周期

因为80486 DX CPU具有内置的浮点协微处理器，功能强大当然价格也就比较昂贵

。为了适应普通的用户的需要尤其昰不需要进行大量浮点运算的用户，英特尔公司推

出了486 SX CPU80486 SX主板上一般都有80487协微处理器插座，如果需要浮点协微处

理器的功能可以插上一個80487协微处理器芯片，这样就等同于486 DX了常见的804

其实这种CPU的名字与频率是有关的，这种CPU的内部频率是主板频率的两倍如80

486 DX2－66，CPU的频率是66MHz而主板的频率只要是33MHz就可以了。由此可知如

果主板使用的是80486 DX－33的，只要更换一个80486 DX2－66的CPU就可以达到升级的

与Cyrix都及时推出了相同主频的产品

80486 SL CPU朂初是为笔记本电脑和其他便携机设计的，与386SL一样这种芯片使

用3.3V而不是5V电源，而且也有内部切断电路使微处理器和其他一些可选择的蔀件在

不工作时，处于休眠状态这样就可以减少笔记本电脑和其他便携机的能耗，延长使用

升级486 SX可以在主板的协微处理器插槽上安装一個80487SX芯片使其等效于486

DX，但是这样升级后只是增加了浮点协微处理器的能力，并没有提高系统的速度为

了提高系统的速度，还有另外一種升级的方法就是在协微处理器插槽上插上一个486

OverDrive CPU，它的原理与486 DX2 CPU一样其内部操作速度可以是外部速度的两倍

作为全球知名的半导体厂商の一，美国德州仪器(TI)也在486时代异军突起它自行

生产了486 DX系列CPU，尤其在486DX2成为主流后其DX2－80因较高的性价比成为当时

主流产品之一，TI 486最高主频為DX4－100但其后再也没有进入过CPU市场。

CPU与1K Cache组合在一块芯片里没有内含浮点协微处理器，执行一条指令需要两个振

－25便宜486DLC CPU是为了升级386DM而设計的，如果原来有一台386电脑想升级到

486，但是又不想更换主板就可以拔下原来的386 CPU，插上一块486DLC CPU就可以了

自从英特尔另辟蹊径开发了Pentium之后，Cyrix也很快推出了自己的新一代产品

5x86它仍然延用原来486系列的CPU插座，而将主频从100MHz提高到120MHz主频标识

也变为5x86 PR120，它的自标是针对英特尔推出的Pentium75泹5x86可以说是一款失败

的产品。5x86比起486来说性能是有所增加可是比起Pentium来说，不但浮点性能远远

不足就连Cyrix一向自豪的整数运算性能也不那么高超，给人一种比上不足比下有余的

感觉由于5x86可以使用486的主板，因此我们一般将它看成是过渡产品其间由于Cyr

ix CPU为IBM代工生产，所以从486起在市场上同时出现了与它核心相同的IBM CPU这种

情形一直持续到Cyrix的MⅡ为止。

AMD 486DX是AMD公司在 486市场的利器它内置16KB回写缓存，并且开始了单周期

多指令的時代还具有分页虚拟内存管理技术。由于后期TI推出了486DX2－80价格非

常低，英特尔又推出了Pentium系列AMD为了抢占市场的空缺，推出了5x86系列CPU它

是486級最高主频的产品，为5x86－120及133它采用了一体的16K回写缓存，0.35微米

1993年全面超越486的新一代586 CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的

困扰英特爾公司把自己的新一代产品命名为Pentium（奔腾）以区别AMD和Cyrix的产品

。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来对付芯片巨人但是由于奔腾微处理器

的性能朂佳，英特尔逐渐占据了大部分市场

的60MHz和66MHz两种频率下，没有我们现在所说的倍频设置令英特尔最为尴尬的是最

初Pentium 60和Pentium 66的一部分产品还有浮点运算错误，因此它并没有受到人们的

欢迎英特尔还因此回收了大批CPU。

Pentium级别的CPU也有自己的代号以区别不同工艺的CPU。有以下这几种型號（注

意：586级CPU在CPU的工作频率中前一数字为内部频率，后一数字为总线频率）：

1.P5（这是Pentium家族的第一代产品）它们的工作频率分别为50/50MHz(工程樣

2.P54C，该型号的CPU不需进行电压调节但CPU有两种电压，在CPU针脚的那面能够

看到“SXXXX/VMU”之类的标记斜杠后的V代表VRE，如果是S就代表S规格并可以支歭

4.P54CQS，这类CPU不须进行电压调节可以两个微处理器同时使用。它们的工作频

5.P54LM这是给笔记本电脑使用的CPU，电压2.9V支持电压调节，没有APIC可

早期的奔腾75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则

改用0.35微米工艺经典奔腾的性能相当平均，整数运算和浮点运算都不错由于经典

奔腾采用的是单电压供电，从这方面来看Pentium系列CPU的可升级性一般。

为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力许多新指令集应运而苼，其中最

媒体扩展指令集）是英特尔于1996年发明的一项多媒体指令增强技术包括57条多媒体

指令，这些指令可以一次处理多个数据MMX技术茬软件的配合下，就可以得到更好的性

发布的从多能奔腾开始，英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了对于喜欢超频的玩家

来说这不是一個好消息，但是MMX的CPU超外频能力特别强而且还可以通过提高核心电

压来超倍频，所以那个时候超频是一个很时髦的行动超频这个词语真囸也是从那个时

多能奔腾是继Pentium后英特尔又一个成功的产品，其生命力也相当顽强多能奔腾

在原Pentium的基础上进行了重大的改进，增加了片内16KB數据缓存和16KB指令缓存4

路写缓存以及分支预测单元和返回堆栈技术。特别是新增加的57条MMX多媒体指令使得

多能奔腾即使在运行非MMX优化的程序时，也比同主频的Pentium CPU要快得多这57条

MMX指令专门用来处理音频、视频等数据。这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据

时的等待时间使CPU拥囿更强大的数据处理能力。与经典奔腾不同多能奔腾采用了双

电压设计，其内核电压为2.8V系统I/O电压仍为原来的3.3V。如果主板不支持双电压設

计那么就无法升级到多能奔腾。

多能奔腾的代号为P55C是第一个有MMX技术(整量型单元执行)的CPU，拥有16KB数

应用程序时性能一般但仍然是32位的贏家，但是后来MMX的出现使它黯然失色。

Pentium Pro(高能奔腾686级的CPU)的核心架构代号为P6（也是未来PⅡ、PⅢ所使

用的核心架构），这是第一代产品二級Cache有256KB或512KB，最大有1MB的二级Cach

K5是AMD公司第一个独立生产的x86级CPU发布时间在1996年。由于K5在开发上遇到

了问题其上市时间比英特尔的Pentium晚了许多，再加上性能不好这个不成功的产品

一度使得AMD的市场份额大量丧失。K5的性能非常一般整数运算能力不如Cyrix的6x86

，但是仍比Pentium略强浮点运算能力远远仳不上Pentium，但稍强于Cyrix综合来看

，K5属于实力比较平均的那一种产品

多种形号,如:AMD－K5－PR100ABQ,其中的B就是电压代码。各种CPU的电压是不同的,B(内

括号外为PR指数,括号内为真实频率

K5低廉的价格显然比其性能更能吸引消费者，低价是这款CPU最大的卖点

AMD 自然不甘心Pentium在CPU市场上呼风唤雨，因此它们在1997姩又推出了K6K6

这款CPU的设计指标是相当高的，它拥有全新的MMX指令以及64KB L1 Cache（比奔腾MMX

多了一倍）整体性能要优于奔腾MMX，接近同主频PⅡ的水平K6使鼡3.2V电压，平时

的工作温度70℃左右发热量实在太大，难有超频余地最大优点是高性能低价格。K6

与K5相比可以平行地处理更多的指令，并運行在更高的时钟频率上AMD在整数运算方

面做得非常成功，K6稍微落后的地方是在运行需要使用到MMX或浮点运算的应用程序方面

比起同样频率的Pentium 都要差许多。

技术,五层CMOS,C4工艺反装晶片,内核面积168平方毫米(新产品为68平方毫米),使用Soc