AMD处理器详细解读.docx
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AMD处理器详细解读
AMDCPU
作为一家诞生至1969年的处理器制造公司——AMD走过了许多的艰辛，早在仙童时期，AMD创始人“桑德斯”就和英特尔公司的先驱者诺伊斯、葛鲁夫、摩尔就曾一起共职过，然而命运却最终将“桑德斯”引向了差别巨大的发展道路。
AMD建立之初，尽管做足了各项准备，但仍只筹集到区区数万美元，和英特尔一出马便立刻筹到数百万美元形成天壤之别。
好在离注册最后期限的最后几分钟内，一笔可观的投资才姗姗来迟。
一开始就面临巨大考验的AMD公司，在顽强拼搏精神的支持下，开始了与英特尔长达38年的较量。
一、“打工时代”处理器
1981年，Intel被蓝色巨人IBM挑中，开始为世界上第一台个人PC生产处理器。
不过IBM需要两个CPU供应商，为此在给Intel授权处理器技术之后，AMD也得到了IBM的处理器技术许可。
在被IBM选中后，AMD成为另一家出售8086处理器的厂商，首款这样的处理器于1982年正式开卖。
由于同为授权处理器，所以AMD的8086（以及8088）看上去与Intel的一摸一样。
AMD的Am286尽管是克隆Intel的80286，而且也是获得许可生产，但是却比Intel的80286更快，最大优势就是主频高：
AMD的Am286为20MHz，而Intel的80286仅12.5MHz。
可以说，AMD的Am286是20年前处理器市场上最炙手可热的CPU之一。
1991年，AMD正式发布了386处理器。
与AMD之前的处理器产品一样，AMD386同样是克隆Intel的处理器产品。
AMD386处理器有两大亮点，首先频率为40MHz，比Intel最高33MHz要高些；其次，该处理器是首款封装上贴有“WindowsCompatible”Logo的处理器。
Am486是AMD最后一款克隆Intel产品的处理器，包括两个不同的版本，一个的微码为Intel，另一个为AMD。
AMD486处理器中其中有一款市场型号为AMD5x86，该处理器采用4x倍频，主频为133MHz，支持486主板，性能与Pentium75相仿。
二、K5处理器
1994年时，Intel为Pentium处理器申请了专利，AMD无法再次使用相同的80X86命名方法，从K5开始，AMD与Intel“分道扬镳”，而此时K5也为AMD立足桌面处理器市场打下了坚实的基础。
AMDK5处理器在性能上其实并不逊色于Pentium，而且同样采用Socket5接口，取得了与Pentiun同台竞争的机会。
K5集成了410万个晶体管，一级缓存容量达到24KB，其中指令缓存为16KB，数据缓存为8KB，比Pentium的8+8KB结构更为先进。
K5还采用了PentiumPro才具有的多种先进技术，例如寄存器换名、动态执行、推测执行、分支预测等功能。
在与Pentium频率相同的情况下，K5处理器的性能已经丝毫不逊色，甚至在整数性能方面还略微领先，毕竟整数性能对于缓存容量十分敏感。
提到K5处理器，可以说是令AMD公司感到遗憾的一段经历。
当时AMD不但在1994年微处理器技术论坛年会上过早的展示了K5处理器，而且还许诺K5将比英特尔奔腾处理器的性能提高30%，然而最终却因无法如期推出成品而使全盘计划落空。
K5时代再次将AMD带入了困境。
1995年，AMD收购了芯片设计公司Nextgen，并在1997年4月推出了K6处理器，AMD第一次在浮点运算方面赶上了Intel。
正是K6处理器使AMD重振雄风，昂首阔步迈入世界先进行列。
三、K6处理器
3.1K6处理器
1997年4月6日，AMD公司正式对外发布了这款处理器，当时正处在Pentium处理器变更架构的阶段，早前极为普及的Socket7架构已经遭到了Intel的摒弃，AMD正是看到这个绝好的市场良机，趁势推出了完全兼容Socket7架构而且性能优良并带有MMX技术的K6处理器。
虽然最终并没有获得应有的成功，但是从此AMD走上了和Intel分庭抗礼的征途。
AMD-K6全面兼容Windows操作系统,是当今电脑业中性能处于领先地位的X86级处理器,时钟频率分别达166、200及233MHz,并具有多媒体扩展（MMX）功能,其先进的超标量RISC86结构可同时发出6个指令。
AMD-K6采用0.35微米工艺和C4倒装片互连技术生产,内置880万个晶体管。
较Intel产品价格最少低25%。
据Windows97测试,内置、高性能AMD-K6处理器在运行Windows95和NT时,可发挥较采用最高速度的PentiumPro相同设定的电脑系统更高的效能。
3.2K6-2（3DNOW！
）处理器
AMD推出了与PentiumII抗衡的处理器AMDK6-23DNOW！
。
AMDK6-2内含930万个晶体管，支持AGP，350MHz以上的外频高达100MHz。
这是一款带有3D加速指令的K6芯片。
这种3DNOW!
的技术加强了CPU处理3D图像的能力。
K6-2内部集成了64K的一级高速缓存，是PentiumII的两倍，并且和CPU同频率。
而且主板上还有二级缓存条，再加上后期将外频提升到100MHz并最高达到450MHz主频，此时整体性能十分出色。
3DNOW!
技术可提高三维图形、多媒体、以及浮点运算密集的个人电脑应用程序的运算能力，使"逼真的运算平台"成为现实。
K6-2最具特色的莫过于其3DNOW！
技术，这与Intel的MMX和SSE技术有异曲同工之妙。
客观地说，3DNOW！
比较偏重游戏方面的应用，这主要是因为AMD历来的CPU的浮点性能一直不如Intel的同代产品，而3DNOW！
的产生就是为了弥补这一不足。
3DNOW!
是一组共21条新指令，3DNOW!
技术使三维图形加速器可以全面发挥其性能。
微软在DirectX6.0中已经提供了对3DNOW!
的支持。
K6-2目前有300、333、350、400、450MHz频率的处理器。
并且采用了传统的Socket7结构，给用户的升级带来了方便，目前市场上出售的SUPER7主板，都支持K6-2。
虽说对比当时的PentiumII仍然缺乏底气，只能在整数性能方面展现优势，但是比起没有二级缓存的Celeron处理器，K6-2取得了争夺市场的实力。
AMD公司推出了具有3DNow!
技术的MobileK6-2处理器，其策略与其台式机的K6-2处理器同出一辙，都是抢在Intel公司推出具有类似3D处理功能的PentiumIII（既含有KNI新指令集）处理器前推出。
这种策略为AMD公司赢来了包括Compaq（康柏）和Toshiba（东芝）等著名笔记本生产厂商的订单——在1999年早期，许多笔记本电脑都采用了mobileK6系列CPU。
AMD公司的这款mobileK6CPU采用了Socket7接口或兼容的Super7接口，分别有321针的陶瓷PGA封装和尺寸更小的BGA封装两种封装格式，其主频可以有266MHz,300MHz和333MHz三种版本。
这款mobileK6的核心工作电压为1.8V，运行普通应用程序时的功耗要小于8W。
而随后推出的AMDK6-2P系列产品对MobileK6-2系列产品进行了有利的补充。
他们两者都采用了包括AMD3DNow!
技术在内的一系列增强性能的技术，并支持Socket7架构的笔记本电脑平台。
这种平台具有leading-edge的特性，采用了100MHz的FSB，2XAGP，高达1MB的L2高速缓存。
到了1999年秋天，MobileAMD-K6-2-P系列推出了475MHz的版本（在当时是笔记本电脑里主频最高的）。
3.3K6-3（3DNOW！
）处理器
AMDK6-3系列应该算是AMD推出的最后一款Socket7的CPU了，它的代号是"利齿"，是一款极具有竞争力的产品。
AMDK6-3使用了3DNOW！
技术，包含64K的一级缓存，并且将原来安装在主板上的256K二级缓存集成到了CPU内部，工作频率和CPU相同。
这一系列的CPU最低的主频是400MHz，外频是100MHz，集成了2130万个晶体管。
在1999年中期AMD公布的MobileK6-III-P是基于AMD最先进的第六代微处理架构，并采用了AMD独创的三层结构高速缓存设计。
其中包括了一个与CPU同频的L1高速缓存，一个内置的与CPU同频的256KB的L2高速缓存，和一个可选的使用100MHz前端总线能最多为1MB的L3高速缓存。
这款集成了21，300，000个晶体管的MobileAMD-K6-III-P采用了AMD公司五层金属层的0.25微米工艺制造，其工作电压为2.2V。
其最初的频率为380MHz，而到了1999年第三季度的时候，出现了其频率为450MHz的最高版本。
在2000年初，AMD公司率先推出了使用0.18微米工艺制造的500MHz的MobileAMD-K6-III+和MobileAMD-K6-2+系列处理器。
四、K7处理器
1999年，AMD正式发布了第七代处理器—K7，后来也被成为Athlon。
K7是AMD公司迄今为止最为成功的一款内核。
从它衍生出来的处理器经历了1999年到2004年整整5年多的风风雨雨，最终随着AMD宣布结束AthlonXP的生命而基本停止。
当然市场上还存在Sempron，然而SocketA的Sempron也没有多少时日了。
2005年肯定会是K8（Athlon64）当道的一年。
当低端K8出现的时候，就是K7正式退出市场之时。
值得一提的是，AMD的Athlon处理器是首款主频达到1GHz的CPU，之后两天，Intel才推出了PentiumIII，频率同样达到了1GHz。
K7架构带领AMD正式摆脱为Intel“打工”形象的革命时代，至此AMD完全走上了属于自己的康庄大道。
低廉的价格、出色的功耗、领先的核心效能，铸造了K7时代的辉煌，甚至在奔腾4处理器鼎盛朝代，英特尔都始终无法忽视K7处理器的存在。
4.1早期Athlon和Duron处理器
第一款Athlon是AMD在1999年6月推出的，核心代号为K7，一经推出就受到电脑玩家的热捧，成为当时唯一能与Intel产品相抗衡的处理器。
随后又相继推出了核心代号分别为K75及Thunderbird（雷鸟）的Athlon系列，创造了一代经典。
4.1.1Athlon（速龙）处理器
4.1.1.1K7Athlon
SlotA规格的Athlon处理器
仍旧采用卡匣式包装的第一款SlotA的AMDAthlon
第一款Pluto核心的AthlonK7是以SlotA规格亮相的，K7Athlon采用0.25微米工艺，拥有2200万个晶体管，核心面积为184平方毫米，核心频率为500MHz～700MHz。
它具有100MHz外频、200MHz前端总线，拥有全速的128kB一级缓存和64位总线宽度的512kB的二级缓存。
K7拥有相当不错的性能，让IntelPentiumⅡ与PentiumⅢ相形失色，但其巨大的发热量也为人诟病，当时有不少处理器因过热而损坏的案例。
这一系列处理器的名称都采用了“AthlonXXMHz”的命名方式，比如Athlon500MHz、700MHz。
4.1.1.2K75Athlon
采用Orion核心的AMDAthlonK75SlotA规格处理器
在Pluto核心的AthlonK7基础上，AMD再接再厉，研发出了更小的0.18微米工艺的Orion核心（K75）处理器。
K75Athlon在处理器发展史上有着非同寻常的象征意义，它首次突破了处理器1GHz大关，一向领跑的Intel这一次也被甩在了后头，让人大跌眼镜。
随着新制造工艺的运用，K75的核心面积减少到102平方毫米，核心频率从750MHz～1000MHz。
它的前端总线、一级缓存和二级缓存的数量与K7完全一样，不过二级缓存的速度有所变化，有2/5和1/3核心速度两个不同的规格。
其命名方式与K7Athlon一样，例如Athlon1GHz。
SlotA规格的AMDAthlon800
AMDAthlon800的外观：
左上方您可以看到所谓的“金手指（goldfinger）”接头
早期的以Pluto及Orion为核心的，采用Slot A架构的Athlon处理器拥有L2缓存，缓存的大小是主频的1/2，2/5或者1/3——主频越快，比率越低。
例如主频为700MHz的Athlon处理器的L2缓存为350MHz，而主频为750MHz的Athlon处理器的L2缓存则为300MHz，主频更高的850MHz的Athlon处理器的 L2缓存更低，为340MHz。
一般来说，当时在Athlon处理器与Pentium III处理器的评测中，双方不相上下，两款处理器在不同的测试项目中都有自己的优势。
Athlon处理器的x87浮点性能更好，而Pentium III处理器则在最优化应用软件MMX和SSE的测试中，成绩超过Athlon处理器。
4.1.1.3ThunderbirdAthlon
Thunderbird核心的顶级产品AMDAthlon1400
在K7、K75获得市场的肯定后，2000年6月5日AMD在Computex2000大展上正式发布Thunderbird处理器，自发布以来处理器长期作为AMD的拳头产品活跃在处理器市场上。
基于0.18微米工艺的核心代号为Thunderbird（雷鸟）的Athlon处理器，采用陶瓷封装，集成了3700万个晶体管，所以核心面积也增加为120平方毫米，核心速度从650MHz到最高的1400MHz。
相比上两款产品，Thunderbird（雷鸟）的二级缓存数量减少为256kB，但其运行速度却提升为全速，所以性能较前者有了相当大的提高。
Athlon1400的相关信息
Thunderbird核心有100和133MHz外频两种版本，133外频版本只出现在900MHz以上的型号，我们常常用“B”版（100MHz）或“C”版（133MHz）来加以区别。
该系列CPU让AMD的声誉快速成长，并且以价位合理的产品闻名。
当时就算荷包不充裕的消费者，也能够轻易买到性能保持相当水准的电脑。
另外性能最高的1400MHz产品也是个相当耗电的处理器，这款0.18微米工艺的CPU耗电量高达72.1瓦。
此外，最初问世时，Thunderbird（雷鸟）存在SocketA与SlotA两种版本，但在2001年得到全面改变，主流产品全部采用SocketA接口，而且几乎所有产品均采用266MHzFSB，也就是大家熟知的Athlon-C处理器。
单纯从外观上看，Athlon-C和以前的Socket-AAthlon处理器几乎没有任何区别，又因为在核心频率上Thunderbird（雷鸟）与K75Athlon存在着重叠的问题，并存在黑色和紫色两种基板，读者可能会产生一些混乱。
雷鸟处理器的新代码
左为Fab25工厂生产的铝联结工艺雷鸟，右为AMDFab30工厂生产的铜联结工艺雷鸟
2001年AMD将Thunderbird提升到了1.4GHz的高度，虽然它的主频远远低于P4处理器，但它性能表现依旧出色。
随着桌面版本的Palomino处理器（AthlonXP）在10月份发布，1.4GHzThunderbird成为最后一款ThunderbirdAthlon处理器。
另外值得一提的就是Thunderbird有着非常出色的超频能力，在当时传为佳话。
虽然Thunderbird走出了历史舞台，但是它优异的性能让广大AMD处理器爱好者都深深地记住了代表高性能处理器的雷鸟时代。
4.1.2Duron（毒龙）处理器
DURON是采自拉丁文中"duare"及"on"两个字根的复合字，在英文字中的意思分别为"last"与"unit"，代表DURON处理器让消费者的投资能够享受到更长久的产品生命周期。
DURON处理器与目前Athlon处理器一样，都是采用超微第7代x86核心架构，并加入新一代3DNows!
指令集，而前置汇流排速度同样为200MHz。
4.1.2.1SpitfireDuron
Spitfire处理器将采用0.18微米的铝制程技术，处理器的频率将会从550MHz开始起跳，而内部的L1及L2快取记忆体（Cache）则分别为128K及64K，其中，L2快取记忆体的部分，虽然比目前Athlon处理器的512K减少了许多，不过由于已直接内嵌在处理器上，因此整体的性能表现仍然是十分优异。
与目前Athlon不同的是，DURON处理器将会采用新的SocketA插槽架构，而不是目前的SlotA架构，而且内建的第二层（L2）快取内存也将会改采内嵌式（on-die）的方式，虽然仅提供64K的L2快取，但由于其执行速度与处理器同速运作，加上采用0.18微米制程，因此，整体的运作效能将可能会超过同等级英特尔（Intel）的Celeron处理器。
超微表示，DURON处理器头号竞争对手当然是英特尔的Celeron处理器，虽然新一代的Celeron处理器已经内嵌128K的L2快取内存，并加入SSE指令集，不过，由于处理器核心频率只有66MHz，相较之下也吃亏了许多。
毒龙的EV6总线可以运行在100MHz下，但是它在每个执行周期内可以传输2个bit，一个在时钟频率的上升沿一个在时钟频率的下降沿，因此可以得到200MHz的速度。
与Athlon雷鸟一样，毒龙有3个全流水线处理的浮点单元（FPU），这就意味着3个浮点单元能够在同一时间内既可以处理同一任务，也可以做不同的任务。
其中3个浮点处理单元能同时工作是非常重要的一点。
Intel处理器的三个浮点运算单元在同一时间内只要是在处理不同的任务，就可以同时运行。
而一旦两个或更多的流水线想要使用同一指令，那么每次只能有一条流水线在工作。
所以如果两个单元想要去完成相同的任务的话，一条流水线必须等到另一条完成之后才能运行。
流水线的停止意味着浮点运算减慢，在那些3D游戏中FPS将也会减少。
这就是毒龙在FPU上全面击败CeleronII的原因。
4.1.2.2MorganDuron
左边是Morgan内核的Duron，右边是Spitfire内核的Duron
AMD为了加强对INTELCeleron处理器的竞争，在新的1GHz以上的Duron处理器中采用了比以往Spitfire核心更先进的Morgan核心技术。
包括新版本的3DNow!
、SSE指令集和数据预读等。
下面是新的1.1GHzDuron和旧的950MHzDuron的参数对照表，可以发现他们之间的差异。
1.1GHzDuron
950MHzDuron
核心：
Morgan
Spitfire
核心电压：
1.75V
1.6v
3DNow!
版本：
Professional
Enhanced
SSE指令集：
Yes
No
DataPre-fetching：
Yes
No
集成电子管数（百万）：
25.18M
25M
L1Cache：
128kb
128kb
L2Cache：
64kb
64kb
FSB：
200MHz
200MHz
大小：
106mm^2
100mm^2
Morgan内核的Duron处理器采用0.18微米工艺制造，128KBL1缓存（64KB数据缓存，64KB指令缓存），64KB全速L2缓存。
目前市场上只有1.0GHz和1.1GHz的版本。
EV6系统总线，工作频率200MHz，SocketA接口。
支持专业3DNow!
扩展指令集（107条指令）。
内核面积106平方毫米，内部两千五百万晶体管
Morgan内核的Duron处理器支持的专业3DNow!
指令集，而过去Spitfire内核的Duron仅支持旧版的3DNow!
指令集，这新旧之分就在于专业版的3DNow!
指令集增加了52条原来SSE指令集里才有的指令，同样最新的AthlonXP处理器也支持这种最新的3DNow!
指令集，但是AMD的所有产品仍然不支持最新的SSE2指令集。
Morgan处理器提供了数据预取功能，这种技术的机制十分简单，就是当CPU读取主内存中的数据时，这个技术可以令CPU预先将下一步可能用到的数据读取到缓存里，这样再使用时就可以节省许多时间，大大提高效率。
数据预取技术已经被人们所认可，带有这种技术的CPU将会越来越多。
另外Morgan内核的处理器装备了更大的TLB（TranslateLooksideBuffers，翻译旁视缓冲器）它是用来负责存储经过翻译的内存地址的，可以使CPU查询内存地址的时候节省时间。
4.2AthlonXP及新Duron处理器
4.2.1AthlonXP处理器
AthlonXP有4种不同的核心类型，但都有共同之处：
都采用SocketA接口而且都采用PR标称值标注。
3款不同代Athlon的背面外观
由左至右分别是Thoroughbred核心（2002年发表），Palomino核心（2001年发表）以及Thunderbird核心（2000年发表）
虽然AMD率先突破了处理器1GHz大关，但Intel凭借者超长的流水线设计使推出不久的P4处理器频率从最初的1.4GHz迅速拉升至2.0GHz，而此时AMD的ThunderbirdAthlon还停留在1.4GHz上，无疑在处理器核心频率上落后不少。
为了反击Intel，2001年10月9日AMD推出了采用Palomino核心的新型处理器，命名为AthlonXP（XP意为ExtendedPerformance）。
同时，AMD为了摆脱自己在处理器速度上的劣势，提出了PR（性能标示）这一新的命名规范，以“真实性能比MHz值更重要！
”作为宣传口号，来回击英特尔提升处理器主频的做法。
此后AMD又陆续推出了采用ThoroughbredA、ThoroughbredB、Barton及Thorton核心的AthlonXP处理器，抢占了不少的市场份额。
4.2.1.1PalominoAthlonXP
Palomino核心的AthlonXP2000+
Thunderbird核心的后继者就是这款Palomino核心，其实AMD在2001年5月推出的Athlon4移动版本处理器和应用于工作站/服务器领域的AthlonMP处理器就是基于Palomino核心的，而AthlonXP其实就是Palomino的桌面版本。
PalominoAthlonXP一改以前AMD所采用的陶瓷封装，使用了新的有机材料封装（OPGA），有效降低了成本。
OPGA封装有助于AMD提升AthlonXP的主频和外频速度，而且因为原本Athlon处理器正面集成的12个电容全部被集成到了封装的背面，拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。
PalominoAthlonXP依旧采用0.18微米工艺，核心速度从1.33GHz到1.73GHz，133MHz外频和266MHz的前端总线，拥有128kB的一级缓存和256kB的二级缓存。
PalominoAthlonXP比ThunderbirdAthlon多集成50万个晶体管，为3750万个。
这部分多出的晶体管用于处理器的节能技术，AMD产品数据预读机制高发热量的传统到这一代总算是有所节制，但依然继续保持了高热量的传统。
另外，CPU有红褐色和茶绿色两种基板形式，且在CPU的右下角刻字亦有所区别，一个是B，另一个是N，但在性能上没有区别。
Palomino核心的AthlonXP2000+信息
相比ThunderbirdAthlon，Palomino
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