cpu发展综述

CPU发展综述摘要：中央处理器（英文CentralProcessingUnit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。CPU是CentralProcessingUnit（中央微处理器）的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成。如果把计算机比作人，那么CPU就是人的大脑。CPU的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium4时代，只经过了不到二十年的时间。生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而PentiumⅢ的集成度超过了2810万个晶体管；CPU的运行速度，以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。不管什么样的CPU，其内部结构归纳起来都可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。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：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。IntelCPU发展历程英特尔公司是全球最大的半导体芯片制造商，它成立于1968年，具有41年产品创新和市场领导的历史。1971年，英特尔推出了全球第一个微处理器。微处理器所带来的计算机和互联网革命，改变了整个世界。英特尔公司（IntelCorporation）（NASDAQ：INTC，港交所：4335），总部位于美国加州，工程技术部和销售部以及6个芯片制造工厂位于美国俄勒冈州波特兰。英特尔的创始人RobertNoyce和GordonMoore原本希望他们新公司的名称为两人名字的组合——MooreNoyce，但当他们去工商局登记时，却发现这个名字已经被一家连锁酒店抢先注册。不得已，他们采取了“IntegratedElectronics（集成电子）”两个单词的缩写为公司名称。英特尔公司在随着个人电脑普及，英特尔公司成为世界上最大设计和生产半导体的科技巨擘。为全球日益发展的计算机工业提供建筑模块，包括微处理器、芯片组、板卡、系统及软件等。这些产品为标准计算机架构的组成部分。业界利用这些产品为最终用户设计制造出先进的计算机。英特尔公司致力于在客户机、服务器、网络通讯、互联网解决方案和互联网服务方面为日益兴起的全球互联网经济提供建筑模块。Intel40041971年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器，它包含2300个晶体管，随后英特尔又推出了8008。1974年，8008发展成8080,成为第二代微处理器。8080作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中。第二代微处理器均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管,平均指令执行时间为1μS～2μS,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程，使用单用户操作系统。1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器。这就是第三代微处理器的起点。Intel80868086微处理器最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB。同时英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集。人们将这些指令集统一称之为x86指令集。以后英特尔又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型CPU，但都仍然兼容原来的x86指令，而且英特尔在后续CPU的命名上沿用了原先的x86序列，直到后来因商标注册问题，才放弃了继续用阿拉伯数字命名。1979年，英特尔公司又开发出了8088。8086和8088在芯片内部均采用16位数据传输，所以都称为16位微处理器。8088工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz，集成了大约29000个晶体管。8086和8088问世后不久，英特尔公司就开始对他们进行改进，他们将更多功能集成在芯片上，这样就诞生了80186和80188。1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机中，从而开创了全新的微机时代。也正是从8088开始，个人电脑(PC)的概念开始在全世界范围内发展起来。从8088应用到IBMPC机上开始,个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中，它也标志着一个新时代的开始。Intel802861982年，英特尔公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器，80286集成了大约130000个晶体管。该微处理器的最大主频为20MHz。80286在以下四个方面比它的前辈有显著的改进：支持更大的内存；能够模拟内存空间；能同时运行多个任务；提高了处理速度。8086～80286这个时代是个人电脑起步的时代，当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少，它在人们心中是一个神秘的东西。到九十年代初，国内才开始普及计算机。Intel803861985年春天的时候，英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司，10月17日，英特尔划时代的产品--80386DX正式发布了，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后还有少量的40MHz产品。80386DX的内部和外部数据总线是32位，地址总线也是32位。80386最经典的产品为80386DX－33MHz，一般我们说的80386就是指它。由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。80386使32位CPU成为了PC工业的标准。Intel80386SX1989年英特尔公司又推出准32位微处理器芯片80386SX。这是Intel为了扩大市场份额而推出的一种较便宜的普及型CPU，80386SX推出后，受到市场的广泛的欢迎，因为80386SX的性能大大优于80286，而价格只是80386的三分之一。Intel804861989年，我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386DX性能提高了4倍。IntelPentium1993年，全面超越486的新一代586CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来对付芯片巨人，但是由于奔腾微处理器的性能最佳，英特尔逐渐占据了大部分市场。Pentium最初级的CPU是Pentium60和Pentium66。早期的奔腾75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。IntelPentiumMMX多能奔腾(PentiumMMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”，是在1996年底发布的。多能奔腾在原Pentium的基础上进行了重大的改进，新增加的57条MMX多媒体指令，使得多能奔腾即使在运行非MMX优化的程序时，也比同主频的PentiumCPU要快得多。这57条MMX指令专门用来处理音频、视频等数据。多能奔腾拥有450万个晶体管，功耗17瓦。支持的工作频率有:133MHz、150MHz、166MHz、200MHz、233MHz。IntelPentiumProPentiumPro(高能奔腾，686级的CPU)的核心架构代号为P6（也是未来PⅡ、PⅢ所使用的核心架构），这是第一代产品，二级Cache有256KB或512KB，最大有1MB的二级Cache。工作频率有:133/66MHz(工程样品)，150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。IntelPentiumⅡPentiumⅡ的中文名称叫“奔腾二代”，采用Klamath核心，0.35微米工艺制造，内部集成750万个晶体管，核心工作电压为2.8V。1998年4月16日，英特尔第一个支持100MHz额定外频的CPU正式推出。采用新核心的PentiumⅡ微处理器采用0.25微米工艺制造，其核心工作电压降至2.0V，支持芯片组主要是Intel的440BX。在1998年至1999年间，英特尔公司推出了比PentiumⅡ功能更强大的CPU--Xeon（至强微处理器）。Xeon微处理器主要面向对性能要求更高的服务器和工作站系统。IntelPentiumⅢ1999年春节刚过，英特尔公司就发布了采用Katmai核心的新一代微处理器-PentiumⅢ。该微处理器除采用0.25微米工艺制造，内部集成950万个晶体管，Slot1架构之外，它还具有以下新特点：系统总线频率为100MHz；采用第六代CPU核心-P6微架构，针对32位应用程序进行优化，双重独立总线；一级缓存为32KB，二级缓存大小为512KB，新增加了能够增强音频、视频和3D图形效果的指令集，共70条新指令。PentiumⅢ的起始主频速度为450MHz。和PentiumⅡXeon一样，英特尔同样也推出了面向服务器和工作站系统的高性能CPU-PentiumⅢXeon至强微处理器。Pentium4奔腾4（Pentium4，或简称奔4或P4）是Intel生产的第7代x86微处理器，并且是继1995年出品的PentiumPro之后的第一款重新设计过的处理器，这一新的架构称做NetBurst。首款产品代码为：Willamette，拥有1.4GHz左右的内核时钟，并使用Socket423脚位架构，首款处理器于2000年11月发布。不同于PentiumII、PentiumIII和各种Celeron处理器，因为是全新设计的产品，所以与PentiumPro的关联很小。值得注意的是，Pentium4有着非常快速到400MHz的前端总线，之后更有提升到533MHz、800MHz。它其实是一个为100MHz的四条并列总线(100Mhzx4并列)，因此理论上它可以传送比一般总线多四倍的容量，所以号称有400MHz的速度。AMDAthlon的前端总线则有266MHz的速度（133MHz双倍并列总线）。PentiumDIntel是在英特尔开发者论坛上发布此消息的，此外他们还宣布了首批双核处理器的一些功能特性。Intel将在今年下半年引入奔腾D(PentiumD)，该芯片之前的代号为Smithfield，单一处理器中具有两个奔腾四处理核心。自2004年中开始，Intel上下总动员推广这种在同一硅晶圆内集成两个或两个以上处理器核心的技术。Intel的数字企业部副总裁StephenSmith表示，使用这种芯片的PC或者服务器可以在同一时间内执行两组指令，这对未来数字家庭和数字办公室中所用的个人电脑来说非常重要，因为过程中需要同时运行例如病毒扫描、视频编辑和流媒体播放等多种任务。奔腾D会在2005年的第二季正式发布，同时引入的还有Intel的新芯片组技术，而首批奔腾D处理器不会集成其多线程技术。奔腾D处理器具有两个独立的执行核心以及两个1MB的二级缓存，两执行核心共享800MHz的前端总线与内存连接。CoreⅠ英特尔处理器的名称，开发代号Yonah英特尔公司已经结束使用长达12年之久的“奔腾”的处理器。转而推出“Core