不可磨灭的记忆 CPU发展史经典回顾.docx
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不可磨灭的记忆CPU发展史经典回顾
不可磨灭的记忆CPU发展史经典回顾
关于CPU的基础知识：
CPU的主要性能指标
∙主频
即CPU的时钟频率（CPUClockSpeed），这是我们最关心的，我们所说的3.2GHz、2.0GHz等就是指它，一般说来，主频越高，CPU的速度就越快，整机的就越高。
不过现在AMD都采用了更加模糊的命名方式，企图让消费者淡化以主频率计算性能的观念。
比如Athlon3000+，它的频率有可能是2.20GHz，也有可能是2.0GHz。
Intel则采用了Pentium643这种更易让人眼花缭乱的命名方式，一般人不查参数，很难记得它的意义。
∙FSB前端总线
即CPU的外部时钟频率，由电脑主板提供，以前一般是133MHz，目前Intel公司最新的芯片组i925XE芯片组使用1066MHz的FSB。
∙内部缓存（L1Cache）
封闭在CPU芯片内部的高速缓存，用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，存取速度与CPU主频一致，L1缓存的容量单位一般为KB。
L1缓存越大，CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少，相对电脑的运算速度可以提高。
∙外部缓存（L2Cache）
CPU外部的高速缓存，现在处理器的L2Cache是和CPU运行在相同频率下的（以前P2P3的二级缓存运行在相当于CPU频率一半下）。
其它的还有封装技术、接口技术、、制造工艺、指令集等就不再详细解释，不然就是写书而不是写文章了。
不如如果这系列文章可以持续写下去的话，以后便好好跟大家再交流一下。
Intel4004
1971年1月，Intel公司的霍夫（MarcianE.Hoff）研制成功世界上第一枚4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。
因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。
4004当时只有2300个晶体管，是个四位系统，时钟频率在108KHz，每秒执行6万条指令（0.06MIPs）。
功能比较弱,且计算速度较慢,只能用在Busicom计算器上。
格鲁夫“只有偏执狂才能生存”
1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004（上图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。
Intel8008
1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。
由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。
Intel8080，第二代微处理器
1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。
主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。
第一台微型计算机：
Altair8800
1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair8800，售价375美元，带有1KB存储器。
这是世界上第一台微型计算机。
1976年,Intel发布8085处理器
当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。
Zilog公司于1976年对8080进行扩展,开发出Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。
直到今天，Z80仍然是8位处理器的巅峰之作，还在各种场合大卖特卖。
CP/M就是面向其开发的操作系统。
许多著名的软件如:
WORDSTAR和DBASEII都基于此款处理器。
1976年：
一些离开了Motorola公司的部分工程人员自组成立MOSTechnology公司，并且开发出了6502处理器。
它的位宽为8bit，频率只有1MHz，并且无协处理器。
但它是IBMPC机问世之前世界上最流行的微型计算机AppleII（苹果机）的CPU。
AppleII是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为1300美元。
AppleII及其系列改进机型风靡一时，这使Apple成为微型机时代最成功的计算机公司。
Intel8086
1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。
它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美元。
不过当时由于360美元过于昂贵，大部分人都没有足够的钱购买使用此芯片的电脑，于是Intel在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器8088。
IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。
这也标志着x86架构和IBMPC兼容电脑的产生。
发布的时候，8086的时钟频率有4.77，8和10MHz三个版本，包括了具有300个操作的指令集。
其中8MHz版本包含了大约28,000个晶体管，具备0.8MIPs的能力。
1981年：
80186和80188发布。
这两款微处理器内部均以16位工作,在外部输入输出上80186采用16位,而80188和8088一样均是采用8位工作。
这是一颗性能介于8088,80286之间的的CPU。
但事实上80186从来都没有在PC中应用,它仅仅存在于一个小范围的圈子中,作为一个小型的控制器出现,哪怕是今天。
从这个时候起,AMD公司已经开始生产80186CPU了。
1982年2月1日：
在80186发布后的几周，80286就发布了。
80286处理器集成了大约13.4万个晶体管,最大主频为20MHz,采用16位资料总线和24位位址总线。
与8086相比，80186/80188增强了部分软硬件功能80286增加了实存（24位地址）和虚拟存储器管理,可以在两种不同的模式下工作,一种叫实模式,另一种叫保护方式。
80286开始正式采用一种被称为PGA的正方形包装。
Intel80386
1985年10月，Intel推出16MHz80386DX微处理器（最高33MHz主频），可以直接访问4G字节的内存,并具有异常处理机制;虚拟86模式可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力。
80386的广泛应用,将PC机从16位时代带入了32位时代。
此外它还具有比80286更多的指令集。
发布时，80386的最快速版本的主频为20MHz，具备6.0MIPs，包含275,000个晶体管。
当时，IBM已经收到大量286机器的订单，不愿立即转向386，同时IBM担心长期受制于Intel芯片，开始暗中开发自己的处理器，所以对是否采用386芯片不置可否。
Compaq乘机而上，推出386芯片的电脑，迅速占领了市场。
1988年6月16日：
80386SX发布，它是80386DX的廉价版本，只有16-bit总线宽度。
依稀的记忆：
我们曾有过第一次亲密接触
前面的处理器我们都积少接触，接下来的，也许大家就比较清楚了，因为我们第一次接触的，就是此类处理器。
Intel486
CPU更新速度加快，造就了越来越多的兼容机厂商。
1989年4月，Intel推出25MHz486微处理器。
1989年5月10日：
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。
其实486就是80386+80387协处理器+8KB一级缓存,是超级版本的386。
Compaq由于持有大量386订单而对采用Intel486犹豫不决，Dell趁机推出了自己的486整机，并通过直销模式在兼容机市场后来居上。
1991年，25岁的MichaelDell成为《财富》全美500家大企业中最年轻的总裁。
1995年，Dell进入全球个人电脑5强行列。
1991年5月22日：
80486DX的廉价版本80486SX发布，它和DX的区别是没有整合FPU。
Pentium浮出水面
1993年3月22日：
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。
Pentum处理器的性能接近主要的RISCCPU并兼容80x86，同时继承了长期积累下来的价值约500亿美元的庞大软件资源。
Pentium最初级的CPU是Pentium60和Pentium66，分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下，没有我们现在所说的倍频设置。
∙1994年3月7日：
Intel发布90和100MHz的Pentium处理器
∙1994年10月10日：
Intel发布75MHz版本的Pentium处理器
∙1995年3月27日：
Intel发布120MHz的Pentium处理器
∙1995年6月1日：
Intel发布133MHz版本Pentium处理器
PentiumPro
Intel推出PentiumPro微处理器，采用了一种新的总线接口Socket8。
新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持。
1995年11月1日，Intel推出了PentiumPro处理器。
PentiumPro的工作频率有150/166/180和200MHz四种，都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存。
它是基于Pentium完全相同的指令集和兼容性，达到了440MIPs的处理能力和5.5M个晶体管。
这几乎相当于比4004处理器的晶体管提升了2400倍。
值得一提的是PentiumPro采用了“PPGA”封装技术。
即一个256KB的二级缓存芯片与PentiumPro芯片封装在一起，两个芯片之间用高频宽的内部总线互连，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。
例如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，这在当时可以算得上是CPU技术的一个创新。
PentiumPro的推出，为以后Intel推出PⅡ奠定了基础。
∙1996年1月4日：
Intel发布150&166MHzPentium处理器，包括了越3.3M个晶体管
∙1996年10月6日：
Intel发布200MHzPentium处理器
IntelPentiumMMX
1997年1月8日：
Intel在1996年推出的Pentium系列的改进版本，内部代号P55C，也就是我们平常所说的PentiumMMX。
PentiumMMX在原Pentium的基础上进行了重大的改进，增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存，4路写缓存以及从PentiumPro、Cyrix而来的分支预测单元和返回堆栈技术，特别是新增加的57条MMX多媒体指令。
MMX技术是Intel最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译成“多媒体扩展指令集”。
使得PentiumMMX即使在运行非MMX优化的程序时也比同主频的PentiumCPU要快的多。
57条MMX指令专门用来处理音频、视频等数据，这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间，使CPU拥有更强大的数据处理能力。
MMXCPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时，处理多媒体的能力提高了60％左右。
MMX技术开创了CPU开发的新纪元。
PentiumMMX系列的频率只有三种：
166MHz、200MHz、233MHz，一级缓存从Pentium的16KB增加到了32KB，核心电压2.8v，倍频分别为2.5、3、3.5。
插槽都是Socket7。
与此同时，作为Intel的主要竞争对手，AMD也发布了AMD-K6-MMX处理器，包含相近的指令集，从而导致了一连串的法律纠纷。
1997年4月7日。
英特尔发布了PentiumII处理器。
内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。
此时，英特尔PentiumII架构已经从Socket7转成Slot1，并首次引入了S.E.C封装（SingleEdgeContact）技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。
Slot1的PentiumII晶体管数为900万，并且具有两种版本的核心：
Klamath与Deschutes。
同时代竞争的是AMD的K6II，这时候的口碑也相当不错
∙1997年6月2日：
Intel发布233MHzPentiumMMX
∙1998年2月：
Intel发布333MHzPentiumII处理器，开发代号为Deschutes，并且首次采用了0.25微米制造工艺，在低发热量的情况下提供比以前产品更快的速度。
∙
∙1999年2月22日：
AMD发布K6-III400MHz版本，在一些测试中，它的性能超越了后来发布的IntelPentiumIII。
它包括了23M晶体管，并且基于100MHzSpuersocket7主板，与那些使用66MHz总线的芯片相比，性能的提升是卓越的。
一起走过的日子：
淘汰的记忆
以下部分处理器是我们曾经用过的，最后却远远地抛进了淘汰的行列，对于有两台甚至多台电脑的朋友来说，印象尤其深刻。
因为电脑和电视不同，它的特点是需要我们不断地更新、升级。
当然，目前仍有部分用户还在使用这些产品。
Intel向网络看齐，发布PentiumIII
1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，它采用0.25微米制造工艺，拥有32K一级缓存和512K二级缓存（运行在芯片核心速度的一半下），包含MMX指令和Intel自己的“3D”指令SSE，最初发行的PIII有450和500MHz两种规格，其系统总线频率为100MHz。
此外其身份代码还可通过Internet读取。
Intel的主要对手之一AMD加紧跟进的步伐，于同年8月发布Athlon处理器。
10月，在微处理器论坛会议上，Intel宣布了代号为麦赛德（Merced）的处理器的正式名称Itanium（安腾）。
1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工艺制造的PentiumIII处理器，这款PentiumIII处理器有256K在二级高速缓存，代码名为Coppermine。
Coppermine以733MHz登台。
随着工艺尺寸从0.25微米减少到0.18微米，不仅提高了PentiumIII处理器的时钟速度，也使的Intel在技术上能够推出了集成的二级高速缓存。
虽然集成的二级高速缓存只有老式PentiumIII处理器的一半，但在处理器全速下运行，性能仍有显著提高。
其后Intel推出了PentiumIIIXeon处理器。
作为PentiumIIXeon的后继者，除了在内核架构上采纳全新设计以外，也继承了PentiumIII处理器新增的70条指令集，以更好执行多媒体、流媒体应用软件。
除了面对企业级的市场以外，PentiumIIIXeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。
Intel还将Xeon分为两个部分，低端Xeon和高端Xeon。
其中，低端Xeon和普通的Coppermine一样，仅装备256KB二级缓存，并且不支持多处理器。
这样低端Xeon和普通的PentiumIII的性能差距很小，价格也相差不多；而高端Xeon还是具有以前的特征，支持更大的缓存和多处理器。
∙1999年11月29日：
AMD发布了Athlon750MHz，在主频和性能上超过Intel。
∙2000年3月6日：
AMD发布Athlon1GHz
∙2000年3月8日：
Intel限量供应1GHzPentiumIII处理器
Intel和AMD炽手可热的花旦
接下来为大家介绍的就是目前炽手可热的处理器,Intel的PentiumIV和AMDAthlon64。
虽然按照发布时间来说，Athlon64要比PentiumIV迟一个时代（PentiumIV发布时间是2000年11月，而Athlon64则是2003年9月），但PentiumIV经过了几年的的换芯，性能也获得了显著提升。
此外在Intel和AMD的发展版图上来说，它们是竞争对手，而且现在都加入了64-bit和双核等等技术特性，以下对它们进行比较详细的解释。
1、Pentimu4技术解释
2000年11月21日，Intel在全球同步发布了其最新一代的微处理器—Pentium4（奔腾4）。
Pentium4处理器原始代号为Willamette，采用0.18微米铝导线工艺，配合低温半导体介质（Low-Kdiclcctric）技术制成，是一颗具有超级深层次管线化架构的处理器。
Pentium4处理器最主要的特点就是抛弃了Intel沿用了多年的P6结构，采用了新的NetBurstCPU结构。
NetBurst结构具有不少明显的优点：
20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等等
∙新的处理器系统总线（FSB）
英特尔近来在前端系统总线（FSB）方面一直不敌AMD：
PentiumⅢ最高为133MHz的FSB和内存频率（外频）；而AMD雷鸟用的是100MHz的内存频率（外频）和266MHz的FSB（类似于CPU倍频的方式来连接这两个频率）。
Pentium4终于有了突破：
虽然Pentium4系统总线仅为100Mhz，并且也是64位数据宽度，但由于利用与APG4X相同的原理“四倍泵速”，因此可传输高达8位*100百万次/秒*4=3,200MB/秒的数据传输速度。
明显地远超过AMD最近公布的Athlon总线数据传输速度。
Athlon总线速度为133Mhz，64位、2倍速，提供8位*133百万次/秒*2=2,133MB/秒的数据传输率。
这项特色使得Pentium4传输数据到系统的其它部分比目前所有的x86处理器还快，也一并去除了PentiumIII系统所遭受的瓶颈限制。
不过，如果主存储器无法提供相对数据传输的话，这么快的处理器总线速度也是英雄无用武之地。
因此，早期此处理器的芯片组850就搭配了两条Rambus信道并使用昂贵的RDRAM内存。
这两个RDRAM信道能提供与Pentium4系统总线（3,200MB/s）相同的数据频宽，这样的搭配将是理论上最完美的结合─提供处理器、系统与主存储器间最高的数据传输率，这也是最明显的优势之一。
不过系统的整体系统的成本将会因为使用较昂贵的RDRAM而提高。
∙高速执行缓存
为了增加8KB的数据缓存，P4包含了一个执行跟踪缓存，可存储12K的微指令以帮助程序执行。
这些指令不在主程序循环中执行，不被存储，从而大大提高了系统性能。
∙快速执行引擎
算术逻辑单元（ALU）以双倍的时钟速度运行，这让类似于加、减、逻辑与、逻辑或等基本运算的执行只用了1/2时钟。
例如，1.5GHz的快速执行引擎其实是以3GHz在运算。
∙高级动态执行
高级动态执行是控制CPU执行顺序的动态单元。
P4可以发出126条动态指令，使流水线完成48次载入和24次存储。
与前一代的PⅢ处理器相比，它能够增加33%的预处理速度，还可以在缓存中存储更多的历史信息从而快速取出。
∙改进的浮点数运算和多媒体单元
P4的128位运算动态增加了运算单元，使得浮点数运算和多媒体表现都得到了较大的改进。
∙网络数据流单指令多数据扩展2（SSE2）
通过增加的144条新指令，SSE2具有更强多媒体增强指令和数据流单指令。
这些特性包括一个128位单指令多数据整数运算和128位单指令多数据双精度浮点指令，这些指令减少了原有的指令执行数量，大大增加了执行速度。
使得用户的视频、音频、图象处理、加密、财政、工程和科学应用都极大增强。
SSE2可以提高多媒体的执行效率，特别是DVD/MP3/MPEG4的回放，可以最大效果地体现P4新指令集的威力。
总结：
在理论上，PentiumIV是完美无缺，可是实际状况却远非Intel想象的那么简单。
第一代PentiumIV可以说是Intel近几年内的最大失败。
首先是P4耗电惊人，所以P4系统使用的主板被设计为电源的12V电压（ATX12），通过一个4脚的插座和3.3V、5V一起供给主板，另外还在20针电源接口的旁边另加了一个6针的辅助电源接口。
最致命的硬伤还是Willamette核心属于Pentium4最早期的产品，因此它的发热量很大、频率提升困难，只有1.7GHz和1.8GHz两个版本。
而且它的二级缓存只有256KB，超深的处理流水线使得总体性能并不理想，特别是对于超频用户来说，这类产品难以让人感到满意。
因此Intel很快就开发出了Northwood核心的产品，以满足消费者的需求。
Northwood核心的Pentium4采用0.13微米工艺制造，相比Willamette内核的处理器，其主频有了很大飞跃，二级缓存也从256K翻番到512KB。
而Prescott核心的Pentium4采用了另人咋舌的31级流水线设计，配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存。
接着是双核心的IntelPentium840EE发布，此时IntelPentiumIV核心已经发展到了颠峰。
2、Athlon64技术解释
2003年美国时间9月23日，全球第一款桌面系统64bit处理器在美国正式发布。
几经波折，Athlon64终于在人们期待的目光中揭开了神秘面纱。
Athlon64的诞生对于桌面处理器领域具有划时代的意义。
对于AMD来说，这更是具有战略意义的关键一步。
AMD——终于打破了最近时期的不利局面——按照原定布局领先对手步入了64bit时代。
跳开对手在架构和制造工艺等方面的追击，另辟战场利用Athlon64再度出击。
Athlon64的发布，使得桌面电脑可以迅速迈入64-bit时代，目前操作系统、软件都已经逐渐成熟。
AMD正在迎来丰收时期。
发布之初，Athlon64的产品线划分非常明确，一为采用Socket940接口，面向顶级桌面用户的Athlon64FX系列；另一个就是面向主流用户，采用Socket754接口的Athlon64系列。
但是，随着时间的推移和竞争对手的不断变化，Athlon64处理器家族也渐渐庞大了起来。
到如今，Athlon64家族已经演变成为了一个拥有4种核心、3种接口、2种制程、近20款产品的复杂体系。
它的主要技术特点如下：
∙64位计算能力
这是Athlon64与传统32位处理器的最大区别所在。
在Athlon64和Athlon64FX处理器中，AMD加入了一个被称为x86-64的指令集，正是这个指令集赋予了Athlon64系列处理器6
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