CPU发展历史及未来趋势

CPU发展历史及未来趋势随着科学技术和人们对物质水平要求的不断提高，CPU作为电脑的核心组件，也发生了翻天覆地的变化，从1971年只有2300颗晶体管的Intel4004微处理器到现在的以亿为单位的Inteli7处理器，科技发展的步伐从未停止，随着对原有技术的升华和新技术的提出CPU会向着更高的空间发展！CPU,中央处理器（英文CentralProcessingUnit）是一台计算机的运算核心和控制核心。他是计算机的核心所在正如同人的大脑一样其重要性可想而知。既然CPU的重要性如此高，那么让我们一起来回顾一下CPU的发展历史吧！由于在处理器方面Intel在各方面有一定的代表性，那么我们就以Intel为代表来进行讨论。首先，让我们回顾一下Intel以数字命名的CPU类型：Intel4004微处理器发布时间：英特尔在1971年11月15日向全球市场推出4004微处理器。其晶体管数目：约为2千3百颗。特征：·频率/前端总线:108KHZ/0.74MHz(4bit)·封装/针脚数量:陶瓷DIP/16针·核心技术/晶体管数量:10微米/2250·尺寸为3mm×4mm历史意义：4004只能称为世界上第一款商用处理器，而不是世界上第一款微处理器。第一款微处理器应该是美国军方研制，用于F-14雄猫战机中由6颗晶片组成的中央空气数据计算机：CADC（CenterAirDataComputer），虽然它的构造比4004还要简单，速度只有9.15KHz。4004是英特尔第一商用款微处理器，当年Intel4004处理器每颗售价为200美元。为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定发展基础。Intel还曾开发出4001（动态内存DRAM）、4002（只读存储器ROM）、4003（Register），三者再加上4004，就可架构出一台微型计算机系统。Intel8008微处理器发布时间：1972年Intel推出8008微处理器，其运算威力是4004的两倍。晶体管数量：Intel8008晶体管数目约为3千5百颗。特征：·8位运算+16位地址总线+16位数据总线·共推出两种速度，0.5Mhz以及0.8Mhz·8008可以支援到16KB的内存。历史意义：IntelC8008为世界上第一款八位元处理器。RadioElectronics于1974年刊载一篇文章介绍一部采用8008的Mark-8装置，被公认是第一部家用电脑。Intel8080处理器发布时间：时隔2年，1974年，Intel推出8080处理器。晶体管数量：Intel8080晶体管数目约为6千颗。特征：·频率为2MHz·16位地址总线+八位数据总线+7个八位寄存器，·支持16位内存。·同时它也包含一些输入输出端口：这也是一个相当成功的设计，有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。历史意义：并作为Altair个人电脑的运算核心，Altair在《星舰奇航》电视影集中是企业号太空船的目的地。电脑迷当时可用395美元买到一组Altair的套件。它在数个月内卖出数万套，成为史上第一款下订后制造的机种。Intel8086和8088处理器发布时间：1978，时隔4年Intel在年推出了8086和8088处理器。晶体管数量：Intel8088晶体管数目约为29,000。特征：16+位暂存器+8位元外部总线历史意义：在取得IBM新成立之个人电脑部门敲定的重要销售合约后，让Intel8088处理器成为IBM新款畅销产品，IBM个人电脑的大脑，Intel8088处理器的成功将英特尔拱上财富杂志500大企业排行榜，财富杂志将英特尔评为“70年代最成功的企业”之一。8088的后代包括到现在还在使用的intel_80188、80288(不再制造或使用)、和80388微控制器(microcontroller)。Intel80286处理器（官方名称为IAPX286）发布时间：1982年，同样时隔4年，Intel推出了80286(也被称为286)处理器。晶体管数量：Intel80286处理器晶体管数目为13万4千颗。特征：·最大主频为20MHz。·24位址总线+16位资料总线。·有两种工作模式：真实模式和保护模式。在真实模式下，80286直接访问内存的空间被限制在1M字节，更多内存需要通过EMS或XMS内存机制进行映射。而在保护模式下，80286可以直接访问16M字节的内存，并具有异常处理机制，这为后来的微软的多任务操作系统Windows准备了条件。历史意义：英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器，这种软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标，在6年的销售期中，估计全球各地共安装了1500万部286个人电脑。Intel80386处理器发布时间：1985年10月17日，此次发布缩短到了3年。晶体管数量：Intel80386晶体管数目约为27万5千颗。特征：·次在x86处理器中实现了32位系统，·可配合使用80387数字辅助处理器增强浮点运算能力，·首次采用高速缓存（外置）解决内存速度瓶颈问题。·由于这些设计，80386的运算速度达到了前代产品80286的数倍。·80386DX的内部和外部资料汇流排是32位，位址汇流排也是32位，可以定址到4GB内存，并可以管理64TB的虚拟存储空间。·80386有三种工作模式：真实模式、保护模式、虚拟86模式。真实模式为DOS系统的常用模式，直接内存访问空间被限制在1M位元组；保护模式下80386-DX可以直接访问4G位元组的内存，并具有异常处理机制；虚拟86模式可以同时模拟多个8086处理器来加强多工处理能力。·初期推出的80386DX处理器集成了大约27.5万个电晶体，工作频率为12.5MHz。此后80386处理器逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz直至最后的40MHz。历史意义：80386的广泛应用，将PC机从16位时代带入了32位时代。80386的强大运算能力也使PC机的应用领域得到巨大扩展，商业办公、科学计算、工程设计、多媒体处理等应用得到迅速发展。这款32位元处理器首次支持多工任务设计，能同时执行多个程序。Intel80486处理器发布时间：1989年4月，发布间隔为4年。晶体管数量：Intel80486晶体管数目为120万颗。特征：历史意义：从硬件的观点来看，i486的结构有很大的突破。它有内置资料快取芯片，一个浮点运算处理器(只有DX型才拥有)，和多重管线。在最佳的条件下，i486的核心可以提供一个时间周期内处理一个指令。这会提供大约二倍同时脉的80386的效能。然而，有些低等级的i486实际上会比最高速的386还要慢，这在i486SX型会格外的明显。Intel80486处理器时代让电脑从命令列转型至点选式(pointtoclick)的图形化操作环境，据史密森美国历史博物馆的科技史学家DavidK.Allison回忆道：“当时我拥有第一部彩色萤幕电脑，开始能以大幅加快的速度进行桌面排版作业。”Intel80486处理器率先内建数学协同处理器，由于能扮演中央处理器处理复杂数学运算，因此能加快整体运算的速度。CPU发展到该阶段，在工艺，频率，和晶体管数量都有了很大的提升。由于CPU的提升个人计算机也在此时期快速发展。但是，更大意义的CPU应该属于奔腾系列了。Intel从奔腾系列开始放弃了以数字为命名的方式取而代之采用了更加易记和有代表性的命名方式。IntelPentium处理器发布时间：1993年，和以前的发布周期差不多。晶体管数量：IntelPentium处理器晶体管数目为310万颗。历史意义：Pentium是Intel首个放弃利用数字来命名的处理器产品，在微架构上取得突破，让电脑更容易处理“现实世界”的资料，例如语音、声音、书写、以及相片影像。源自漫画与电视脱口秀的Pentium，在问市后立即成为家喻户晓的名字。IntelPentiumPro处理器发布时间：1995年11月1日，这次发布间隔为2年。晶体管数量：PentimuPro的内部含有高达550万个的晶体管。历史意义：初步占据了一部分CPU市场的INTEL并没有停下自己的脚步，在其他公司还在不断追赶自己的奔腾之际，又在1996年推出了最新一代的第六代X86系列CPU枣P6。P6只是它的研究代号，上市之后P6有了一个非常响亮的名字枣PentimuPro。内部时钟频率为133MHZ，处理速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。PentimuPro的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。值得注意的是在PentimuPro的一个封装中除PentimuPro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，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。PentiumPro200MHZCPU的L2CACHE就是运行在200MHZ，也就是工作在与处理器相同的频率上。这样的设计领PentiumPro达到了最高的性能。而PentimuPro最引人注目的地方是它具有一项称为“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。PentimuPro系列的工作频率是150/166/180/200，一级缓存都是16KB，而前三者都有256KB的二级缓存，至于频率为200的CPU还分为三种版本，不同就在于他们的内置的缓存分别是256KB，512KB，1MB。IntelPentiumII处理器发布时间：1997年，发布周期缩短到一年。晶体管数量：内含750万个晶体管。历史意义：PentiumII处理器结合了IntelMMX技术，能以极高的效率处理影片、音效、以及绘图资料，首次采用SingleEdgeContact(S.E.C)匣型封装，内建了高速快取记忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、编辑、以及透过网际网络和亲友分享数位相片、编辑与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用视讯电话以及透过标准电话线与网际网络传送影片。IntelCeleron处理器发布时间：1998年，发布间隔同样为一年，Intel之所以在这么短的时间内推出CPU是有一定原因的。历史意义：当时，AMD的低价政策奏效，以1/3于Intel同时脉处理器的价格，成功的大举入侵低价处理器市场，当时基本型电脑(NT$:30,000~25,000-)大行其道，加上AMD的K6-2处理器本身的整数运算能力优，非常适合一般家庭的基本需求，各大厂纷纷推出Socket-7平台的低价电脑。在这段期间，Intel为了完全主导下一代处理器走向，宣布放弃Socket-7架构，和美国国家半导体共同发表了新一代架构-Slot-1，并且推出全新架构的处理器-PentiumII，虽然这款处理器，成功的打入主流市场，不过昂贵的PentiumII，加上昂贵的主机板，使得Intel完全失去低价市场的这块大饼。为了入侵这块市场，推出新款的低价处理器投入战场，是必须的，但设计一款新的处理器，所需要投资的初期研发成本相当高，所以Intel打算从原有的PentiumII处理器着手，在1998年3月的时候，Intel正式推出新款处理器-Celeron。当初推出的Celeron处理器，架构上维持和PentiumII相同(Deschutes)，采用Slot-1，核心架构也和PentiumII一样，具有MMX多媒体指令集，但是原本在PentiumII上的两颗L2快取记忆体则取消了。Intel拿掉L2快取，除了可以降低成本之外，最主要是为了和当时的主流PentiumII在效能上有所分别，除了L2快取，处理器的外部工作频率(FrontSideBUS)，也是Intel用来区分主流与低价处理器的分水岭：当时IntelPentiumII处理器的外频为100MHz(最早是PentiumII350)，而属于低价的Celeron则是维持传统的66MHz。Celeron的核心架构，和PentiumII完全相同，只是少了L2快取，这对整体效能上的影响，到底大不大?看看今天的P3c大家心理应该就有个底了，举例来说