CPU发展历程.docx
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CPU发展历程
CPU的发展历程
CPU是CentralProcessingUnit(中央微处理器)的缩写,由运算器和控制器两部分组成,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走红的64位微处理器。
一、CPU发展的孕育期(1971~1978)
代表CPU:
intel4004、8008
(4004)
世界上第一款可用于微型计算机的4位处理器,是英特尔公司于1971年推出的包含了2300个晶体管的4004。
由于性能很差,市场反应十分冷淡。
于是Intel公司随后又研制出了8080处理器、8085处理器,加上当时Motorola公司的MC6800微处理器和Zilog公司的Z80微处理器,一起组成了8位微处理器的家族。
二、CPU发展的摇篮期(1978~1979)
代表CPU:
intel8086、8088
(8086)
这期间的代表是英特尔公司1978年推出的这款8086处理器,它是第一块16位微处理器,最高主频为8MHz,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8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集,但i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令,人们将这些指令集统一称之为x86指令集。
虽然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。
从这点上来说,虽然用今天的眼光看来,8086的性能是那么的不堪,但是它的诞生却奠定了以后CPU发展的基础。
(8088)
1979年,英特尔公司再接再厉,又开发出了8088。
8088集成了约29000个晶体管,采用40针的DIP封装,最高频率为8MHz。
也正是从8088开始,PC(个人电脑)的概念开始在全世界范围内发展起来,因为1981年IBM公司将8088芯片首先用于其研制的PC机中,标志着PC真正走进了人们的工作生活之中。
三、CPU发展的婴幼期(1979~1985)
代表CPU:
Intel80286
(286)
1982年,英特尔公司在8086的基础上,研制出了80286微处理器,它是一颗真正为PC而存在的CPU,IBM公司将80286微处理器首先用在AT机中,引起了业界了极大的轰动。
80286采用PGA封装,集成了大约130000个晶体管,最大主频为20MHz,内、外部数据传输均为16位,使用24位内存储器的寻址,内存寻址能力为16MB,可使用的工作方式包括实模式和保护模式两种。
在这之前,INTEL也发布过80186CPU,这是一颗性能介于8088,80286之间的的CPU,但因为某种原因,80186从来都没有在PC中应用过。
四、CPU发展的幼儿期(1985~1993)
代表CPU:
intel80386、80486
(386)
1985年10月,intel推出了386DX,其内部包含27.5万个晶体管,最高频率为40MHz,内部和外部数据总线是32位,地址总线为32位,可以寻址4GB内存,管理64TB的虚拟存储空间,并且有比80286更多的指令。
而且在386时代,英特尔为了解决内存的速度瓶颈,采取了用预读内存的方法来缓解,并为386设计了高速缓存(Cache)这一方案。
intel的这一设想无疑是伟大的,不仅一直沿用至今,而且还发挥着越来越重要的作用。
在intel发布386的时候,同时也有其他的几家CPU制造商也推出了类似的产品,性能也不错,比如Motorola68000、AMDAm386SX/DX和IBM386SLC。
(486)
1989年,英特尔乘胜追击推出486芯片,该芯片集成了120万个晶体管,使用1微米的制造工艺,频率从25MHz逐步提高到50MHz。
在当时,486所采用的技术是最先进的,采用了突发总线方式,大大提高了与内存的数据交换速度。
性能比80386DX提高了近4倍。
在intel推出486的同时,其他几家CPU制造商也不甘寂寞,也都发布了自己的同性能CPU,其中以TI486DX、Cyrix486DLC和AMD5x86为代表。
五、CPU发展的儿童期(1993~1999)
代表CPU:
IntelPentium/Pentium2/Celeron、AMDK5/K6
(Pentium)
(PentiumMMX)
(Pentium2)
(Celeron)
(K5)
(K6)
1993年,intel的Pentium(奔腾)CPU面世,这一全面超越486的性能优良的产品为intel赢得了巨大的声誉,Intel?
inside深入人心,同时也把其他竞争对手甩在了后面,一举奠定了市场的霸主的地位。
早期奔腾75MHz~120MHz使用0.5微米制造工艺,后期120MHz以上的奔腾则改用0.35微米工艺。
97年~98年,这两年对于CPU业界来说,绝对是一个不平凡的一年,也是一个极其混乱的两年,这不仅是因为在这两年里,各大CPU厂商都拿出了自己的看家法宝,也是因为在这两年里,不少CPU制造商因产品性能问题被兼并或倒闭。
97年初intel为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力,发布了PentiumMMX(多能奔腾),同时许多新指令集也应运而生,其中最著名的就是intel的MMX(MultiMediaExtensions,多媒体扩展指令集)、SSE和AMD的3DNOW!
。
这些指令可以一次处理多个数据,在软件的配合下,可以得到最佳的性能。
97年中PentiumII和AMDK6上市,年末Cyrix6x86MX面市。
AMD是一个生命力异常顽强的公司,在与intel的竞争中,一直是屡败屡战,精神可嘉。
在Pentium呼风唤雨的年代,AMD在1996年发布了自己第一块独立生产的x86级CPU——K5,但性能一般。
永不服输的AMD在1997年又卷土重来,推出了拥有全新的MMX指令,整体性能要优于奔腾MMX,接近同主频PⅡ的水平K6。
到了98年,经过一年混战,CPU市场正式开始洗牌。
Intel的Pentium2发布,它采用0.25微米工艺制造,最高频率为400MHZ。
但是因为转用了Slot1架构,所以很多消费者并买帐。
AMD的K6-2乘机而入,凭借低廉的价格一度占得近30%的市场份额,这也给AMD一个喘息的机会。
所以到了99年,面对Intel的猛烈反扑,AMD没有步Cyrix的后尘,落得被收购的下场。
而在低端市场,英特尔为进一步抢占市场份额,于98年4月推出了最高频率为300MHz的Celeron(赛扬),但因为没有二级缓存,该微处理器性能甚为低下,于是intel紧接着又发布了内建32KBL1Cache、128KBL2Cache的Celeron300A、333、366,在市场中挽回了一点颜面。
六、CPU发展的少年期(1999~2001)
代表CPU:
IntelPentium3、AMDAthlon
(Pentium3)
(Athlon)
99年伊始,intel就忙不迭的发布了采用Katmai核心的Pentium3CPU,该CPU的系统总线频率为100MHz,起始主频为450MHz,一级缓存为32KB(16KB指令缓存加16KB数据缓存),二级缓存大小为512KB,0.25微米工艺制造,内部集成950万个晶体管,采用Slot1架构。
反观AMD方面,为了抵抗来势汹汹的P3,AMD于99年6月推出了具有重大意义的K7微处理器,并将其正式命名为Athlon。
K7也不负众望,在时钟频率上率先进入到了G时代,并给intel的处理器在市场上带来了很大的压力,自此,CPU市场真正步入intel、AMD两强争霸的时代。
七、CPU发展的青年期(2000~2003)
代表CPU:
intelPentium4/Celeron4、AMDAthlonxp/Duron
(Pentium4)
(Celeron4)
(Athlonxp)
(Duron)
面对市场的压力,intel于2000年发布了Pentium4处理器。
但接下来的一切都不是很顺利,光是接口就改了2次。
第一次是因为刚开始的423接口的Willamette核心P4所搭配的RDRAM(i850芯片组)价格太高,市场反应冷淡,于是又改成NORTHWOOD核心的478接口P4。
再后来为了提升频率,intel又将核心改换为Prescott核心,接口也换为LGA775,虽然经过这么一折腾,频率是上去了,最高的达到了4G,但是发热量也高的惊人,而且如此频繁的改换接口,也令消费者不厌其烦。
在低端市场,intel则一律把CPU的二级缓存消减3/4,从512K到128K(后期的Prescott核心赛扬为256K),使性能大大削弱了。
而AMD公司则在2000年6月份推出了Athlonxp处理器,再次向英特尔发出了挑战,并在DIY市场取得重大成功,可以这么说,在进入到Pentium4时代以来,在AMD的紧逼下,intel感到了前所未有的危机,这也为AMD后来的K8处理器打下了一个坚实的基础。
早期的Palomino核心AthlonXP为0.18微米制造工艺,发热量较大。
但在AMD采用了新的Thoroughbred核心后,发热量问题得到了很好的控制。
而两者除了在发热量及DIE尺寸上有所不同外,外形几乎一样,都是462针的接口、128K的一级缓存和256K的二级缓存和3750万的晶体管数。
八、CPU发展的壮年期(2003~至今)
代表CPU:
AMDAthlon64
(Athlon64)
2003年,AMD公司推出了他们寄予厚望的K8处理器,并且继Athlon率先进入G时代以来,又一次走在了intel的前面,引领了CPU的发展方向,现在,Athlon64仍处在一个不断发展的过程中,而intel也适时地推出了自己的64位处理器以抗衡意气风发的Athlon64。
回首CPU发展的20年,从第一颗CPU4004到现在的Athlon64。
从中我们可以发现,在CPU研发及产业化的这条崎岖不平的道路上,是充满了艰辛的。
通篇看来,龙芯的起点不算低,才到第二代就已经达到了500MHZ的频率,而且还是64位的,但是我们也必须清醒地认识到,虽然龙芯完全是我们自主的产品,但是却是建筑在前人的基础之上的,想要成为真正的CPU巨头,龙芯依然是任重而道远。