CPU的发展历程

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1、CPL的发展历程CPU也称为微处理器，微处理器的历史可追溯到1971年，当时INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。它是用于计算器的4位微处理器，含有2300个晶体管。从此以后，INTEL便与微处理器结下了不解之缘。下面以INTEL公司的80X86系列为例介绍一下微处理器的发展历程。1978和1979年，INTEL公司先后推出了8086和8088芯片，它们都是16位微处理器，内含29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz，地址总线为20位，可使用1MB内存。它们的内部数据总线都是16位，外部数据总线8088是8位，8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBMPC机中，开创

2、了全新的微机时代。最早的i8086/8088是采用双列直插（DIP）形式封装，从i80286开始采用方形BGA扁平封装（焊接），从i80386开始到Pentiumpro开始采用方形PGA（插脚），1982年，INTEL推出了80286芯片，该芯片含有13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位，可寻址16MB内存。80286有两种工作方式：实模式和保护模式。1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处理器，内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33

3、MHz。其内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存。它除具有实模式和保护模式外，还增加了一种叫虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。除了标准的80386芯片（称为80386DX）外，出于不同的市场和应用考虑，INTEL又陆续推出了一些其它类型的80386芯片：80386SX、80386SL、80386DL等。1988 年推出的80386SX是市场定位在80286和80386DX之间的一种芯片，其与80386DX的不同在于外部数据总线和地址总线皆与80286相同，分别是16位和24位（即寻址能力为16MB）。1990年推出的80386S

4、L和80386DL都是低功耗、节能型芯片，主要用于便携机和节能型台式机。80386SL与80386DL的不同在于前者是基于80386SX的，后者是基于80386DX的，但两者皆增加了一种新的工作方式：系统管理方式（SMM）。当进入系统管理方式后，CPU就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作，甚至停止运行，进入休眠状态，以达到节能目的。1989 年INTEL推出了80486芯片，这种芯片实破了100万个晶体管的的界限，集成了120万个晶体管。其时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯

5、片内，并且在80X86系列中首次采用了RISC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换速度。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协处理器的80386DX提高了4倍。80486和80386一样，也陆续出现了几种类型。上面介绍的最初类型是80486DX。1990 年推出了80486SX，它是486类型中的一种低价格机型，其与80486DX的区别在于它没有数学协处理器。80486DX2由系用了时钟倍频技术，其芯片内部的运行速度是外部总线运行速度的两倍，即芯片内部以2倍于系统时钟的速度运行，但仍以原有时钟速度与外界通讯。80486DX2的

6、内部时钟频率主要有40MHz、50MHz、66MHz等。80486DX4也是采用了时钟倍频技术的芯片，它允许其内部单元以2倍或3倍于外部总线的速度运行。为了支持这种提高了的内部工作频率，它的片内高速缓存扩大到16KB。80486DX4的时钟频率为100MHz，其运行速度比66MHz的80486DX2快40%。80486也有SL增强类型，其具有系统管理方式，用于便携机或节能型台式机。INTEL公司于1993年又推出了80586，其正式名称为PENTIUM。PENTIUM含有310万个晶体管，时钟频率最初为60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。66MHZ的PENTIUM微处理器的性能比33

7、MHZ的80486DX提高了3倍多，而100MHZ的PENTIUM则比33MHZ的80486DX快6至8倍。PENTIUM引起的轰动尚未结束，INTEL公司又推出了新一代微处理器-P6。P6含有550万个晶体管，时钟频率为133MHZ，处理速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。P6的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。值得注意的是在P6的一个封装中除P6芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片，两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连。P6最引人注目的是具有一项称为”动态执行”的创新技术，这是继PENTIUM在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。1997 年，在奔腾(P54

8、C)和P6的基础上又有了新的发展，一块奔腾(P54C)，加上57条多媒体指令，就得到了多能奔腾(P55C)，相对P54C，P55C在以下几方面做了改进：(1)支持称为MMX多媒体扩展的新指令集，有57条新指令，用于高效地处理图形、视频、音频数据；(2)内部Cache从16KB增加到32KB。优化了CPU的执行核心。为了弥补P6芯片的某些缺陷，Intel在P6基础上开发了两个变体：Klamath(即Pentiumn)和Deschutes来补充完善它。Pentiumn使用MMX和AGP技术，其系统总线速度达到66MHz，级Cache含16KB指令Cache和16KB数据Cache，二级Cache为

9、512KB，采用了0.35微米的工艺，CPU工作电压为2.8V;而Deschueses(PII350以上的CPU)是Pentiumn的一个0.25微米版本，具有更低的电源电压，外频为100MHz。PentiumII改变了以往的PGA陶瓷封装，而把处理器芯片、L2高速缓存以及TAGPAM(用来管理L2高速缓存)集成在一块电路板上，然后封装在新的SEC(SingleEdgeContact,单边接触盒)内。由于采用了新的SEC封装，PentiumII必须插在242线的SLOT1插槽内，也就是说，PentiumII不兼容Socket7结构。1998 年7月，Intel推出了用于服务器和工作站的Pent

10、iumII至强器(PentiumllXeon),它采用新的P6微处理器结构，0.25微米制造，最低主频400MHz,内部带有512K或1M二级高速缓存。PentiumII至强使用的是330线的SLOT2插槽，使L2高速缓存与CPU主频同步运行，系统性能有很大的提高，当然，体积也比SLOT1的PentiumII稍大。PentiumII赛扬是Intel在1998年4月针对低端市场发布的PentiumII级处理器，它采用了PII的内核，去掉了PII处理器上的二级缓存，从而降低了成本，但同时也使其整数性能税减。Inter公司也意识到了这一点，在随后推出的300MHz和333MHz的赛扬中集成了128K

11、二级高速缓存，虽然比PentiumII的512K少，但由于赛扬的128K二级缓存是与CPU同频运行的，所以性能几乎和同主频PentiumII持平，有时甚至比PentiumII还要好。而其价格，只不过是同频PentiumII的二分之一，非常超值。1999年1月5日，Intel推出了Socket370赛扬，它仍然使用了Slot1架构的赛扬内核，只不个过采用了新的PPGA封装，降低了生产成本。Socket370的赛扬处理器在外形上很像PentiumMMX,但它的针脚比PentiumMMX的要多一圈，为370针，而PentiumMMX只有321针。所以老的Socket7的用户如要使用Socket370

12、的赛扬，必须购买一块Socket370插座的主板，而使用Slot1插座主板的用户，则可以选择一块转换卡，就可以使用新的Socket370的赛扬了。1999年2月26日，Intel正式发布了Pentiumlll处理器，打响了1999年CPU大战的第一枪。PentiumIII的内核和PentiumII大致一样，只有新增加了70条SSE（StreamingSlMDExtensions,单指令对数据流扩展）指令集，使CPU的浮点运算能力得到增强，提高了CPU对浮点运算密集型应用程序的执行效率。另外，就是关于Pentiumlll的序列号。由于lntel在每一颗Pentiumlll的硅片上都植入了一个固定

13、的序列号，那么在因特网上，就可以通过Pentiumlll的序列号识别出电脑的用户。这样做，是为了提高电子商务的安全性，但同时更多的人担心自己的隐私暴露在网上。要解决这个问题，可以使用lntel的序列号控制软件关闭序列号，也可以在BlOS中直接将序列号关掉。目前的Pentiumlll主频为450MH和500MHz,0.25微米工艺制造，32K一级高速缓存，512K二级高速缓存同样以CPU主频的一半运行，核心电压2.0V，仍然使用Slot1插槽。需要注意的是，目前支持SSE指令集的软件还很少，不能体现出SSE指令的优势，随着各大软件厂商对SSE指令的支持，Pentiumlll的性能将会有更大的提高

14、。Pentiumlll推出不久，lntel推出了Pentiumlll至强处理器，频率有500MHz和550MHz两种，核心电压2.0V,使用Slot2插槽，L2级Cache内置于片内，有1M、2M或2M以上的版本。在微处理器的市场中，虽然Intel公司以其绝对的规模，生产能力和杰出的工作设计成为业界领袖，但它的产品还是有隙可乘的，许多具有实力的公司正挤身微处理器这一市场，向lntel发出了强有力的挑战，AMD的K6-2、K6-lll处理器，还有K7处理器，它们在某些方面的性能完全可以和Pentiumn、PentiumHI相媲美，使微处理器市场形成了一种错踪复杂的状态。微处理器的出现是一次伟大的工业革命，从1971年到1999年，在短短四分之一世纪内，微处理器的发展日新月异，令人难以置信。目前的PENTlUM比1981年用于第一台PC机的8088要快300倍以上。可以说，人类的其它发明都没有微处理器发展得那么神速、影响那么深远。