第五节 处理器的发展
处理器研究重点：精细芯片加工工艺、
芯片电压降低和管理技术、多媒体硬指
令实现技术、功能扩展技术、体系结构
优化技术（RISC, CISC,VLIS）。
Intel(Pentium), Motorola(M68x),
IBM(PowerPC), DEC(Alpha), AMD(Kx),
HP(PAxxx),Cyrix(Mx),IDT(Winchip),
Sun(Sparc), MIPS(Rxx), NEC等
理解重点：x86指令系列的处理器
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
Intel技术架构
新世纪开始，Intel公司倡导了四大技
术架构（2000年）：
1）IA-32, IA-64芯片架构
新型处理器架构。
2）个人互联网客户端架构（PCA）
基于客户端的有线和无线计算技术。
3）互联网交换架构（IXA）
新一代网络设备设计开发平台与芯片。
4）“安腾”与“至强”处理器架构
互联网高端服务器基础设施芯片。
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一、Intel处理器
型号 晶体管数 工艺 日期
Intel 4004 2300颗 10微米 1971年
Intel 8080 6000颗 6微米 1974年
Intel 80386 万颗 微米 1985年
Intel 80486 120万颗 微米 1989年
Intel 奔腾 310万颗 微米 1993年
奔腾Pro 550万颗 微米 1995年
奔腾II 750万颗 微米 1997年
奔腾III 950万颗 微米 1999年
奔腾III 2810万颗 微米 1999年
奔腾IV 万颗 微米 2001年
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一、Intel处理器
巨人和霸主的时代，Intel处理器一统天下
Intel486前CISC结构；486中RISC整数运算核
心，奔腾级CISC/RISC集成结构。完成超标量、
超流水线结构。六类不同的奔腾级处理器 ：
P5级 常规奔腾(Pentium) IA-32结
构
P5级 多能奔腾(Pentium with MMX)
P6级 高能奔腾(Pentium Pro)
P6级 奔腾Ⅱ代(Pentium Pro with MMX)
P6级 奔腾III代(Pentium Pro with MMX2)
P7级 64位处理器（Merced)， IA-64结构
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
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高能奔腾(Pentium Pro)
P6级芯片，686芯片
95年推出，芯片采用双穴封装，定制
的L2 Cache与它放在一起。使高速缓
存能运行在更高频率上。但这样的设
计使P-Pro价格异常昂贵。它具有双
重独立总线结构、指令动态执行结构，
多用于高性能的工作站和服务器。频
率范围133/150/166/200MHz。
现已淘汰。
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奔腾二代(Pentium Pro with MMX)
97年5月推出,高能奔腾基础上的MMX化
频率范围233/266/300/333/350/400/443MHz
或微米工艺技术和电压降低技术
核心电压从伏降为伏，I/O接口电压
从伏降为伏，能耗降低50%。封装
采用单边接触(SEC)，(传统PGA)，Slot 1
插座, PⅡ处理器具有四大特点技术：
双重独立总线结构(DIB)
多媒体指令技术(MMX)
指令动态执行技术(DIE)
单边接触接口技术(SEC)
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PII的若干档次：（98年推出了16种）
每一档芯片之间区别较大，例如：
①Klamath，第一代PⅡ，233～300MHz
，微米工艺，512K L2c，66MHz外
频,Slot 1插座。
②Deschutes，增强型， 333～450MHz,
工艺，2M L2c,外频66-100MHz,锁频,
不允许超频工作。
③Celeron，“赛杨”，PⅡ简化，结构
是Deschutes，266～433MHz，66MHz外
频。
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④Xeon， “至 强 ”， 400～ 600MHz，
～工艺，slot 2，512～2MB L2c
，100MHz外频，采用Intel扩展服务器存
储器结构(ESMA)，主存可超过4GB。
⑤Tanner，至强增强，500主频出现，分
别 采 用 512K~2M L2c， 工 艺 ，
100Mhz 总线外频。 Slot 2,Slot M接口。
⑥Dixon，高速缓存直接集成在处理器中
的PⅡ芯片，333-366MHz，集成256KB
的cache到芯片,工艺。
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奔腾三代(Pentium Pro with MMX2)
原PII处理器中的Katmai（研发代号）
于99年2月重新命名为Pentium III。
该处理器带有70条新的MMX指令，
又称KNI (Katmai new instructions)指
令。频率400MHz-600MHz，支持slot
2结构，面向自然语音处理、商务应
用、自然人机界面等，提高了浮点处
理和3D处理密集的应用程序性能。也
针对高档服务器等。
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PIII芯片的特点：
1）序列号
序列号是Intel用于提高电子商务处理安
全的技术，一个芯片标识符。出于安全和
秘密性考虑，它被固化在芯片上。很多开
发商都将其产品中的序列号屏蔽掉（如
IBM在系统BIOS中屏蔽），当用户想利用
这个标识，只需在BIOS中设置。这种加密
方法曾激起私密权利组织的强烈抗议，并
联合抵制PIII芯片的使用。有人声称有办
法用软件方式激活序列号，利用它跟踪用
户的一举一动。
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PIII系统结构
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核心体系结构
动态执行
浮点体系结构
浮点运算
多媒体体系
MMX技术
存储体系结构
P6总线+WCIO
+
SSE指令集
SIMD浮点 新媒体指令 内存数据流优
化指令集
PII处理器技术
= PIII 结构
P7级芯片
P7处理器一直是Intel公司的设计目标之
一，Intel公司在与HP公司联合开发IA-32
结构处理器的同时，就开始了其IA-64结构
处理器的研制。第一代64位的处理器称为
Merced芯片，它同时融合了CISC和RISC
技术（EPIC技术），采用微米电子束
布线生产工艺（相当于一根头发纵宽的1
/555），工作频率已达1GHz，支持slot 2
结构和slot M结构，具有强大的处理功能。
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P7级芯片
Merced处理器可以一次并行处理十几个
运算（IA-32体系最多可并行处理４个运
算），EPIC执行速度比单纯的CISC和RI
SC芯片至少快两倍。Merced处理器芯片
被分为３部分，一部分运行CISC，一部分
运行RISC，另一部分运行EPIC。为保证
IA-64体系可以运行MS NT和UNIX程序，
芯片中保留了奔腾处理器的内核，为支持
HP-UNIX，又保留了部分PA-RISC电路。
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