CPU發(fā)展史

CPU也稱(chēng)為微處理器，微處理器的歷史可追溯到1971年，當(dāng)時(shí)INTEL公司推出了世界上第一臺(tái)微處理器4004。

它是用于計(jì)算器的4位微處理器，含有2300個(gè)晶體管。從此以后，INTEL便與微處理器結(jié)下了不解之緣。

下面以INTEL公司的80X86系列為例介紹一下微處理器的發(fā)展歷程。1978和1979年，INTEL公司先后推出了8086和8088芯片，它們都是16位微處理器，內(nèi)含29000個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為4.77MHz，地址總線為20位，

可使用1MB內(nèi)存。它們的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線都是16位，外部數(shù)據(jù)總線8088是8位，8086是16位。

1981年8088芯片首次用于IBMPC機(jī)中，開(kāi)創(chuàng)了全新的微機(jī)時(shí)代。 最早的i8086/8088是采用雙列直插（DIP）形式封裝，從i80286開(kāi)始采用方形BGA扁平封裝（焊接），

從i80386開(kāi)始到Pentiumpro開(kāi)始采用方形PGA（插腳），1982年，

INTEL推出了80286芯片，該芯片含有13.4萬(wàn)個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。

其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線皆為16位，地址總線24位，可尋址16MB內(nèi)存。80286有兩種工作方式：實(shí)模式和保護(hù)模式。1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一種32位微處理器，內(nèi)含27.5萬(wàn)個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可尋址4GB內(nèi)存。

它除具有實(shí)模式和保護(hù)模式外，還增加了一種叫虛擬86的工作方式，可以通過(guò)同時(shí)模擬多個(gè)8086處理器來(lái)提供多任務(wù)能力。 除了標(biāo)準(zhǔn)的80386芯片(稱(chēng)為80386DX)外，出于不同的市場(chǎng)和應(yīng)用考慮，INTEL又陸續(xù)推出了一些其它類(lèi)型的80386芯片：

80386SX、80386SL、80386DL等。1988年推出的80386SX是市場(chǎng)定位在80286和80386DX之間的一種芯片，其與80386DX的不同在于外部數(shù)據(jù)總線和地址總線皆與80286相同，分別是16位和24位(即尋址能力為16MB)。1990年推出的80386SL和80386DL都是低功耗、節(jié)能型芯片，主要用于便攜機(jī)和節(jié)能型臺(tái)式機(jī)。

80386SL與80386DL的不同在于前者是基于80386SX的，后者是基于80386DX的，但兩者皆增加了一種新的工作方式：系統(tǒng)管理方式(SMM)。

當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)管理方式后，CPU就自動(dòng)降低運(yùn)行速度、控制顯示屏和硬盤(pán)等其它部件暫停工作，甚至停止運(yùn)行，進(jìn)入"休眠"狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能目的。1989年INTEL推出了80486芯片，這種芯片實(shí)破了100萬(wàn)個(gè)晶體管的的界限，集成了120萬(wàn)個(gè)晶體管。

其時(shí)鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是將80386和數(shù)學(xué)協(xié)處理器80387以及一個(gè)8KB的高速緩存集成在一個(gè)芯片內(nèi)，并且在80X86系列中首次采用了RISC技術(shù)，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，

大大提高了與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。

由于這些改進(jìn)，80486的性能比帶有80387數(shù)學(xué)協(xié)處理器的80386DX提高了4倍。 80486和80386一樣，也陸續(xù)出現(xiàn)了幾種類(lèi)型。上面介紹的最初類(lèi)型是80486DX。

1990年推出了80486SX，它是486類(lèi)型中的一種低價(jià)格機(jī)型，其與80486DX的區(qū)別在于它沒(méi)有數(shù)學(xué)協(xié)處理器。80486DX2由系用了時(shí)鐘倍頻技術(shù)，其芯片內(nèi)部的運(yùn)行速度是外部總線運(yùn)行速度的兩倍，即芯片內(nèi)部以2倍于系統(tǒng)時(shí)鐘的速度運(yùn)行，

但仍以原有時(shí)鐘速度與外界通訊。80486DX2的內(nèi)部時(shí)鐘頻率主要有40MHz、50MHz、66MHz等。80486DX4也是采用了時(shí)鐘倍頻技術(shù)的芯片，

它允許其內(nèi)部單元以2倍或3倍于外部總線的速度運(yùn)行。為了支持這種提高了的內(nèi)部工作頻率，它的片內(nèi)高速緩存擴(kuò)大到16KB。80486DX4的時(shí)鐘頻率為100MHz，其運(yùn)行速度比66MHz的80486DX2快40%。80486也有SL增強(qiáng)類(lèi)型，其具有系統(tǒng)管理方式，用于便攜機(jī)或節(jié)能型臺(tái)式機(jī)。 INTEL公司于1993年又推出了80586，其正式名稱(chēng)為PENTIUM。PENTIUM含有310萬(wàn)個(gè)晶體管，

時(shí)鐘頻率最初為60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。

66MHZ的PENTIUM微處理器的性能比33MHZ的80486DX提高了3倍多，而100MHZ的PENTIUM則比33MHZ的80486DX快6至8倍。 PENTIUM引起的轟動(dòng)尚未結(jié)束，INTEL公司又推出了新一代微處理器--P6。P6含有550萬(wàn)個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為133MHZ，

處理速度幾乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。P6的一級(jí)(片內(nèi))緩存為8KB指令和8KB數(shù)據(jù)。

值得注意的是在P6的一個(gè)封裝中除P6芯片外還包括有一個(gè)256KB的二級(jí)緩存芯片，兩個(gè)芯片之間用高頻寬的內(nèi)部通訊總線互連。

P6最引人注目的是具有一項(xiàng)稱(chēng)為"動(dòng)態(tài)執(zhí)行"的創(chuàng)新技術(shù)，這是繼PENTIUM在超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)實(shí)破之后的又一次飛躍。1997年，在奔騰(P54C)和P6的基礎(chǔ)上又有了新的發(fā)展，一塊奔騰(P54C)，加上57條多媒體指令，就得到了多能奔騰(P55C)，

相對(duì)P54C，P55C在以下幾方面做了改進(jìn)：(1)支持稱(chēng)為MMX多媒體擴(kuò)展的新指令集，有57條新指令，用于高效地處理圖形、視頻、音頻數(shù)據(jù)；

(2)內(nèi)部Cache從16KB增加到32KB。(3)優(yōu)化了CPU的執(zhí)行核心。 為了彌補(bǔ)P6芯片的某些缺陷，Intel在P6基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了兩個(gè)變體：Klamath(即PentiumⅡ)和Deschutes來(lái)補(bǔ)充完善它。

PentiumⅡ使用MMX和AGP技術(shù)，其系統(tǒng)總線速度達(dá)到66MHz，一級(jí)Cache含16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，二級(jí)Cache為512KB，

采用了0.35微米的工藝，CPU工作電壓為2.8V；而Deschueses（PII350以上的CPU）是PentiumⅡ的一個(gè)0.25微米版本，具有更低的電源電壓，外頻為100MHz。PentiumII改變了以往的PGA陶瓷封裝，而把處理器芯片、L2高速緩存

以及TAGPAM（用來(lái)管理L2高速緩存）集成在一塊電路板上，

然后封裝在新的SEC（SingleEdgeContact,單邊接觸盒）內(nèi)。由于采用了新的SEC封裝，PentiumII必須插在242線的SLOT1插槽內(nèi)，也就是說(shuō)，PentiumII不兼容Socket7結(jié)構(gòu)。1998年7月，Intel推出了用于服務(wù)器和工作站的PentiumII至強(qiáng)器（PentiumIIXeon),

它采用新的P6微處理器結(jié)構(gòu)，0.25微米制造，最低主頻400MHz,內(nèi)部帶有512K或1M二級(jí)高速緩存。PentiumII至強(qiáng)使用的是330線的SLOT2插槽，使L2高速緩存與CPU主頻同步運(yùn)行，

系統(tǒng)性能有很大的提高，當(dāng)然，體積也比SLOT1的PentiumII稍大。 PentiumII賽揚(yáng)是Intel在1998年4月針對(duì)低端市場(chǎng)發(fā)布的PentiumII級(jí)處理器，它采用了PII的內(nèi)核，去掉了PII處理器上的二級(jí)緩存，

從而降低了成本，但同時(shí)也使其整數(shù)性能稅減。Inter公司也意識(shí)到了這一點(diǎn)，在隨后推出的300MHz和333MHz的賽揚(yáng)中集成了128K二級(jí)高速緩存，雖然比PentiumII的512K少，但由于賽揚(yáng)的128K二級(jí)緩存是與CPU同頻運(yùn)行的，所以性能幾乎和同主頻PentiumII持平，

有時(shí)甚至比PentiumII還要好。

而其價(jià)格，只不過(guò)是同頻PentiumII的二分之一，非常超值。1999年1月5日，Intel推出了Socket370賽揚(yáng)，它仍然使用了Slot1架構(gòu)的賽揚(yáng)內(nèi)核，只不個(gè)過(guò)采用了新的PPGA封裝，降低了生產(chǎn)成本。Socket370的賽揚(yáng)處理器在外形上很像PentiumMMX,但它的針腳比PentiumMMX的要多一圈，為370針，而PentiumMMX只有321針。

所以老的Socket7的用戶如要使用Socket370的賽揚(yáng)，，必須購(gòu)買(mǎi)一塊Socket370插座的主板，而使用Slot1插座主板的用戶，則可以選擇一塊轉(zhuǎn)換卡，就可以使用新的Socket370的賽揚(yáng)了。1999年2月26日，Intel正式發(fā)布了PentiumIII處理器，打響了1999年CPU大戰(zhàn)的第一槍。

PentiumIII的內(nèi)核和PentiumII大致一樣，只有新增加了70條SSE（StreamingSIMDExtensions,單指令對(duì)數(shù)據(jù)流擴(kuò)展）指令集，

使CPU的浮點(diǎn)運(yùn)算能力得到增強(qiáng)，提高了CPU對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算密集型應(yīng)用程序的執(zhí)行效率。另外，就是關(guān)于PentiumIII的序列號(hào)。由于Intel在每一顆PentiumIII的硅片上都植入了一個(gè)固定的序列號(hào)，那么在因特網(wǎng)上，就可以通過(guò)PentiumIII的序列號(hào)識(shí)別出電腦的用戶。這樣做，

是為了提高電子商務(wù)的安全性，

但同時(shí)更多的人擔(dān)心自己的隱私暴露在網(wǎng)上。

要解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用Intel的序列號(hào)控制軟件關(guān)閉序列號(hào)，也可以在BIOS中直接將序列號(hào)關(guān)掉。 目前的PentiumIII主頻為450MH和500MHz,0.25微米工藝制造，32K一級(jí)高速緩存，512K二級(jí)高速緩存同樣以CPU主頻的一半運(yùn)行，核心電壓2.0V，仍然使用Slot1插槽。需要注意的是，目前支持SSE指令集的軟件還很少，不能體現(xiàn)出SSE指令的優(yōu)勢(shì)，

隨著各大軟件廠商對(duì)SSE指令的支持，PentiumIII的性能將會(huì)有更大的提高。 PentiumIII推出不久，Intel推出了PentiumIII至強(qiáng)處理器，頻率有500MHz和550MHz兩種，核心電壓2.0V,使用Slot2插槽，L2級(jí)Cache內(nèi)置于片內(nèi)，有1M、2M或2M以上的版本。在微處理器的市場(chǎng)中，雖然Intel公司以其絕對(duì)的規(guī)模，生產(chǎn)能力和杰出的工作設(shè)計(jì)成為業(yè)界領(lǐng)袖，

但它的產(chǎn)品還是有隙可乘的，許多具有實(shí)力的公司正擠身微處理器這一市場(chǎng)，向Intel發(fā)出了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，AMD的K6-2、K6-III處理器，

還有K7處理器，它們?cè)谀承┓矫娴男阅芡耆梢院蚉entiumⅡ、PentiumIII相媲美，使微處理器市場(chǎng)形成了一種錯(cuò)蹤復(fù)雜的狀態(tài)。 微處理器的出現(xiàn)是一次偉大的工業(yè)革命，從1971年到1999年，在短短四分之一世紀(jì)內(nèi)，微處理器的發(fā)展日新月異，令人難以置信。

目前的PENTIUM比1981年用于第一臺(tái)PC機(jī)的8088要快300倍以上?？梢哉f(shuō)，人類(lèi)的其它發(fā)明都沒(méi)有微處理器發(fā)展得那么神速、影響那么深遠(yuǎn)。