计算机CPU技术应用与研究【毕业论文绝对精品】Word下载.docx

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AMD对Intel

2.3我国的现阶段在该领域的技术差距

第3章主题CPU的发展

3.1未来几家大公司的CPU发展方向

3.1.1.更小的布线宽度和更多的晶体管

3.1.2.64位CPU主导市场

3.1.3.更高的总线速度

3.2我国龙芯发展潜力

3.3总结以及展望

摘要

计算机世界日新月异，尤其以硬件的发展为主力军。

其中又以计算机CPU的发展最为迅猛，所以本人选择计算机CPU的发展以及性能作为论题进行阐述。

本论文分为3大章节，第一部分阐述CPU近一个世纪的发展史，以及其制造工艺等，第二部分便分别介绍了部分市场上的CPU性能使读者有所了解，而第三部分便作为对未来CPU发展的估计。

希望各位老师对本论文提出宝贵的改正意见。

在向大家介绍CPU详细的情形之前，务必要让大家弄清楚到底CPU是什么？

它到底有那些重要的性能指标呢？

CPU的英文全称是CentralProcessingUnit,我们翻译成中文也就是中央处理器。

CPU（微型机系统）从雏形出现到发壮大的今天（下文会有交代），由于制造技术的越来越现今，在其中所集成的电子元件也越来越多，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成了CPU的内部结构。

那么这上百万个晶体管是如何工作的呢？

看上去似乎很深奥，其实只要归纳起来稍加分析就会一目了然的，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。

而CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：

进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。

CPU作为是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，如往日的286、386、486,到今日的奔腾、奔腾二、K6等等，CPU的性能大致上也就反映出了它所配置的那部微机的性能，因此它的性能指标十分重要。

CPU

主要的性能指标简述如下:

第…、主频，倍频，外频。

经常听别人说：

“这个CPU的频率是多少多少。

。

”其实这个泛指的频率是指CPU的主频，主频也就是CPU的时钟频率，英文全称：

CPUClockSpeed,简单地说也就是CPU运算时的工作频率。

一般说来，主频越高，一个时钟周期里面完成的指令数也越多，当然CPU的速度也就越快了。

不过由于各种各样的CPU它们的内部结构也不尽相同，所以并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。

至于外频就是系统总线的工作频率；

而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。

三者是有十分密切的关系的：

主频=外频x倍频。

第二、内存总线速度，英文全称是Memory-BusSpeedoCPU处理的数据是从哪里来的呢？

学过一点计算机基本原理的朋友们都会清楚，是从主存储器那里来的，而主存储器指的就是我们平常所说的内存了。

一般我们放在外存（磁盘或者各种存储介质）上面的资料都要通过内存，再进入CPU进行处理的。

所以与内存之间的通道裹内存总线的速度对整个系统性能就显得很重要了，由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异，因此便出现了二级缓存，来协调两者之间的差异,而内存总线速度就是指CPU与二级（L2）高速缓存和内存之间的通信速度。

第三、扩展总线速度，英文全称是Expansion-BusSpeedo扩展总线指的就是指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。

第四、工作电压，英文全称是：

SupplyVoltageo任何电器在工作的时候都需要电，自然也会有额定的电压，CPU当然也不例外了，工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。

早期CPU（286渠486时代）的工作电压一般为5V,那是因为当时的制造工艺相对落后，以致于CPU的发热量太大，弄得寿命减短。

随着CPU的制造工艺与主频的提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。

第五、地址总线宽度。

地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。

16位的微机我们就不用说了，但是对于386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB（4GB）的物理空间。

而今天能够用上1GB内存的人还没有多少个呢（服务器除外）。

第六：

数据总线宽度。

数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

第七：

协处理器。

在486以前的CPU里面，是没有内置协处理器的。

由于协处理器主要的功能就是负责浮点运算，因此386、286、8088等等微机CPU的浮点运算性能都相当落后，相信接触过386的朋友都知道主板上可以另外加一个外置协处理器，其目的就是为了增强浮点运算的功能。

自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU,可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统，如高版本的AUTOCAD就需要协处理器支持。

第八：

超标量。

超标量是指在-个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。

这在486或者以前的CPU上是很难想象的，只有Pentium级以上CPU才具有这种超标量结构；

486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。

第九、L1高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。

在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率，这也正是486DLC比386DX-40快的原因。

内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，容量越大，性能也相对会提高不少，所以这也正是一些公司力争加大L1级高速缓冲存储器容量的原因。

不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。

第十、采用回写（WriteBack）结构的高速缓存。

它对读和写操作均有效，速度较快。

而采用写通（Write-through）结构的高速缓存，仅对读操作有效.

第十一、动态处理。

动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，创造性地把三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。

这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。

动态处理并不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。

第1章计算机CPU的由来以及发展

年代

-f-RLk心片

芯片简介

集成晶体管

数目

同年it大事纪

1971年

4004

4位，世界上第…块cpu

2250

pascal语言开发完成

1972年

8008

8位

2500

hp发明世界上第一个手持计算器

1974年

8080

5000

mits发布altair8800

摩托罗拉mc6800

4800

—

1976年

zilogz80

一

apple电脑问世

1978年

8086

16位

29,000

dsp首次应用

1979年

8088芯片

内部16位，外部8位

29000ibm

推出了采用8088的电脑

1982年

80286

时钟频率6mhz,10mhz,12.5mhz,向下兼容，x86体系结构基本建立

120,000

第一台便携式电脑问世

1985年

80386（dx）

32位，cpu寻址空间

275,000

cd-rom驱动器问世microsoftwindows3.0发布

1989年

80486dx

集成8k的一级缓存

118万

soundblastercard（声卡）发布

1993年

Pentium

内置16k一级缓存

310万

amd推出amd486；

Cyrix推出5x86,

首次采用pr等级来标称cpu主频

1995年

pentiumpro

专门为服务器和工作站级应用设计

550万

windows'

95发布

与以前的dos版本大不相同

1997年

pentiummmx

内部代号p55c,新增57条多媒体指令

amd推出k6,带有3dnow

指令集

cyrix推出6x86

intelpII

采用slotl接口，二级缓存已到了片外

750万

深蓝计算机战胜人类国际

象棋世界

冠军卡斯帕罗夫

（1）切割晶圆

所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU的内核（Die）o

在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻（Photoresist）物质，紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。

用溶剂将被紫外线照射过的光阻物清除，然后再采用化学处理方式，把没有覆盖光阻物质部分的硅氧化物层蚀刻掉。

然后把所有光阻物质清除，就得到了有沟槽的硅基片。

为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。

通过离子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态,形成门电路。

接下来的步骤就是不断重复以上的过程。

一个完整的CPU内核包含大约20层，层间留出窗口，填充金属以保持各层间电路的连接。

完成最后的测试工作后，切割硅片成单个CPU核心并进行封装，一个CPU便制造出来了。

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，CPU可以分为：

四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

如今，Intel的CPU和其兼容产品统治着微型计算机——PC的大半江山，但是除了Intel或AMD的CPU,还是你可能听说过的其他一些CPU,如HP的PA-RISC,IBM的Power4和Sun的UltraSparc等，只是它们都是精简指令集运算（RISC）处理器，使用Unix的专利操作系统，例如IBM的AIX和Sun的Solaris

第2章CPU的生产厂商以及各自的性能

2.1inter系列的发展及性能

CPU的溯源可以一直到1971年。

在那一年，当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004o这不但是第一个用于计算器的4位微处理器，也是第一款个人有能力