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第5階段（1993-2005年）是奔騰（pentium）系列微處理器時代，通常稱為第5代。典型產品是Intel公司的奔騰系列芯片及與之兼容的AMD的K6系列微處理器芯片。內部采用了超標量指令流水線結構，并具有相互獨立的指令和數據高速緩存。隨著MMX（MultiMediaeXtended）微處理器的出現，使微機的發展在網絡化、多媒體化和智能化等方面跨上了更高的臺階。

早期的奔騰75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工藝，后期120MHz頻率以上的奔騰則改用0.35微米工藝。經典奔騰的性能相當平均，整數運算和浮點運算都不錯。　為了提高電腦在多媒體、3D圖形方面的應用能力，許多新指令集應運而生，其中最著名的三種便是英特爾的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX（MultiMedia Extensions，多媒體擴展指令集）是英特爾于1996年發明的一項多媒體指令增強技術，包括57條多媒體指令，這些指令可以一次處理多個數據，MMX技術在軟件的配合下，就可以得到更好的性能。

多能奔騰(Pentium MMX)的正式名稱就是“帶有MMX技術的Pentium”，是在1996年底發布的。從多能奔騰開始，英特爾就對其生產的CPU開始鎖倍頻了，但是MMX的CPU超外頻能力特別強，而且還可以通過提高核心電壓來超倍頻，所以那個時候超頻是一個很時髦的行動。超頻這個詞語也是從那個時候開始流行的。

多能奔騰是繼Pentium后英特爾又一個成功的產品，其生命力也相當頑強。多能奔騰在原Pentium的基礎上進行了重大的改進，增加了片內16KB數據緩存和16KB指令緩存，4路寫緩存以及分支預測單元和返回堆棧技術。特別是新增加的57條MMX多媒體指令，使得多能奔騰即使在運行非MMX優化的程序時，也比同主頻的Pentium CPU要快得多。

1997年推出的Pentium II處理器結合了Intel MMX技術，能以極高的效率處理影片、音效、以及繪圖資料，首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封裝，內建了高速快取記憶體。這款晶片讓電腦使用者擷取、編輯、以及透過網際網絡和親友分享數位相片、編輯與新增文字、音樂或制作家庭電影的轉場效果、使用視訊電話以及透過標準電話線與網際網絡傳送影片，Intel Pentium II處理器晶體管數目為750萬顆。

1999年推出的Pentium III 處理器加入70個新指令，加入網際網絡串流SIMD延伸集稱為MMX，能大幅提升先進影像、3D、串流音樂、影片、語音辨識等應用的性能，它能大幅提升網際網絡的使用經驗，讓使用者能瀏覽逼真的線上博物館與商店，以及下載高品質影片，Intel首次導入0.25微米技術，Intel Pentium III晶體管數目約為950萬顆。

與此同年，英特爾還發布了PentiumIII Xeon處理器。作為PentiumII Xeon的后繼者，除了在內核架構上采納全新設計以外，也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集，以更好執行多媒體、流媒體應用軟件。除了面對企業級的市場以外，Pentium III Xeon加強了電子商務應用與高階商務計算的能力。在緩存速度與系統總線結構上，也有很多進步，很大程度提升了性能，并為更好的多處理器協同工作進行了設計。

2000年推出的Pentium 4處理器內建了4200萬個晶體管，以及采用0.18微米的電路，Pentium 4初期推出版本的速度就高達1.5GHz，晶體管數目約為4200萬顆，翌年8月，Pentium 4 處理理達到2 GHz的里程碑。2002年英特爾推出新款Intel Pentium 4處理器內含創新的Hyper-Threading(HT）超線程技術。超線程技術打造出新等級的高性能桌上型電腦，能同時快速執行多項運算應用，或針對支持多重線程的軟件帶來更高的性能。超線程技術讓電腦性能增加25%。除了為桌上型電腦使用者提供超線程技術外，英特爾也達成另一項電腦里程碑，就是推出運作頻率達3.06 GHz的Pentium 4處理器，是首款每秒執行30億個運算周期的商業微處理器，如此優異的性能要歸功于當時業界最先進的0.13微米制程技術，翌年，內建超線程技術的Intel Pentium 4處理器頻率達到3.2 GHz。

PentiumM：由以色列小組專門設計的新型移動CPU，Pentium M是英特爾公司的x86架構微處理器，供筆記簿型個人電腦使用，亦被作為Centrino的一部分，于2003年3月推出。公布有以下主頻：標準1.6GHz，1.5GHz，1.4GHz，1.3GHz，低電壓1.1GHz，超低電壓900MHz。為了在低主頻得到高效能，Banias作出了優化，使每個時鐘所能執行的指令數目更多，并通過高級分支預測來降低錯誤預測率。另外最突出的改進就L2高速緩存增至1MB（P3-M和P4-M都只有512KB），估計Banias數目高達7700萬的晶體管大部分就用在這上。

此外還有一系列與減少功耗有關的設計：增強型Speedstep技術是必不可少的了，擁有多個供電電壓和計算頻率，從而使性能可以更好地滿足應用需求。

智能供電分布可將系統電量集中分布到處理器需要的地方，并關閉空閑的應用；移動電壓定位（MVPIV）技術可根據處理器活動動態降低電壓，從而支持更低的散熱設計功率和更小巧的外形設計；經優化功率的400MHz系統總線；Micro－opsfusion微操作指令融合技術，在存在多個可同時執行的指令的情況下，將這些指令合成為一個指令，以提高性能與電力使用效率。專用的堆棧管理器，使用記錄內部運行情況的專用硬件，處理器可無中斷執行程序。

Banias所對應的芯片組為855系列，855芯片組由北橋芯片855和南橋芯片ICH4-M組成，北橋芯片分為不帶內置顯卡的855PM（代號Odem）和帶內置顯卡的855GM（代號Montara-GM），支持高達2GB的DDR266/200內存，AGP4X，USB2.0，兩組ATA-100、AC97音效及Modem。其中855GM為三維及顯示引擎優化InternalClockGating，它可以在需要時才進行三維顯示引擎供電，從而降低芯片組的功率。

2005年Intel推出的雙核心處理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同時推出945/955/965/975芯片組來支持新推出的雙核心處理器，采用90nm工藝生產的這兩款新推出的雙核心處理器使用是沒有針腳的LGA 775接口，但處理器底部的貼片電容數目有所增加，排列方式也有所不同。

桌面平臺的核心代號Smithfield的處理器，正式命名為Pentium D處理器，除了擺脫阿拉伯數字改用英文字母來表示這次雙核心處理器的世代交替外，D的字母也更容易讓人聯想起Dual-Core雙核心的涵義。

Intel的雙核心構架更像是一個雙CPU平臺，Pentium D處理器繼續沿用Prescott架構及90nm生產技術生產。Pentium D內核實際上由于兩個獨立的2獨立的Prescott核心組成，每個核心擁有獨立的1MB L2緩存及執行單元，兩個核心加起來一共擁有2MB，但由于處理器中的兩個核心都擁有獨立的緩存，因此必須保正每個二級緩存當中的信息完全一致，否則就會出現運算錯誤。

為了解決這一問題，Intel將兩個核心之間的協調工作交給了外部的MCH（北橋）芯片，雖然緩存之間的數據傳輸與存儲并不巨大，但由于需要通過外部的MCH芯片進行協調處理，毫無疑問的會對整個的處理速度帶來一定的延遲，從而影響到處理器整體性能的發揮。

由于采用Prescott內核，因此Pentium D也支持EM64T技術、XD bit安全技術。值得一提的是，Pentium D處理器將不支持Hyper-Threading技術。原因很明顯：在多個物理處理器及多個邏輯處理器之間正確分配數據流、平衡運算任務并非易事。比如，如果應用程序需要兩個運算線程，很明顯每個線程對應一個物理內核，但如果有3個運算線程呢？因此為了減少雙核心Pentium D架構復雜性，英特爾決定在針對主流市場的Pentium D中取消對Hyper-Threading技術的支持。

同出自Intel之手，而且Pentium D和Pentium Extreme Edition兩款雙核心處理器名字上的差別也預示著這兩款處理器在規格上也不盡相同。其中它們之間最大的不同就是對于超線程（Hyper-Threading）技術的支持。Pentium D不支持超線程技術，而Pentium Extreme Edition則沒有這方面的限制。在打開超線程技術的情況下，雙核心Pentium Extreme Edition處理器能夠模擬出另外兩個邏輯處理器，可以被系統認成四核心系統。