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芯片发展研究毕业论文

从CPU芯片到单片机到DSP芯片看处理芯片的发展

院系名称

XXX

姓　　名

XXX

学　　号

XXX

专　　业

计算机科学与技术

指导教师

XXX

2012年5月14日

摘　要

随着计算机技术的不断发展，以及信息技术的日新月异。

研究关于CPU芯片、单片机芯片和DSP芯片的发展历程及应用，主要目的是想让大家对芯片有一个更为深入、更为全面的了解。

以期，在信息领域发展迅速、应用领域不断扩大的当今社会能有一个更好的发展。

通过对本课题的研究发现，近年来。

芯片行业在国内的发展速度很快，应用领域也在不断扩大。

可见，芯片行业在国内的发展前景极为广阔。

事实上，从全球来看，各类芯片在经济体系中也占据着较大的比重。

因此，为了能在经济高速发展的当今社会有个好的发展前景，为了，能够更好的适应这日新月异的社会，我们应当充实我们的知识面，方能不被时代的潮流踩在脚下，方能拥有更为广阔的天空。

本文从各类芯片的基本理论出发，应用描述性研究法和经验总结法，结合及芯片的行业特点，对这三类芯片在新形势下的发展进行研究，从而确定适合的角度出发对这三类芯片做了未来猜想和前瞻，为芯片的下一步发展指明了明确的方向。

关键词：

CPU芯片；单片机芯片；DSP芯片；发展史；应用

Abstract

Ascomputertechnologycontinuestoevolve,aswellastheever-changingIT.ThecourseofdevelopmentandapplicationofresearchontheCPUchip,chipmicrocontrollerandDSPchip,themainpurposeistomakeamorein-depth,morecomprehensiveunderstandingofthechip.Periodofrapiddevelopmentinthefieldofinformation,applicationscontinuetoexpandintoday'ssocietytohaveabetterdevelopment.Foundthroughthestudyofthissubjectinrecentyears.Thechipindustriesinthecountry’spaceofdevelopmentapplicationshavealsobeenexpanded.Visible,theprospectsforthedevelopmentofthechipindustryinthecountryisextremelybroad.Infact,fromaglobalpointofview,allkindsofchipsintheeconomyalsooccupyalargerproportion.Therefore,inordertobeabletorapideconomicdevelopmentintoday'ssocietytherearegoodprospectsfordevelopment,inordertobeabletobetteradapttothisever-changingsociety,weshouldenrichourknowledgeinordertonottrampleduponbythetrendofthetimessquaretohavebroadersky.

Startingfromthebasictheoryofvarioustypesofchips,theapplicationdescribestheresearchmethodologyandexperience,combinedwiththeindustrycharacteristicsandthechip,thesethreetypesofchipsindevelopmentunderthenewsituationinordertodeterminetheappropriatepointofviewthesethreeclasschipsforfutureconjectureandforward,pointingoutacleardirectiontothenextstepinthedevelopmentofthechip.

KeyWords:

CPUchip;singlechip;DSP​​chip;Historyofthedevelopment;application

目　录

1引　言3

2CPU芯片发展及应用3

2.1CPU芯片发展史3

2.2CPU芯片应用及前瞻7

2.2.1CPU芯片应用......................................................7

2.2.2CPU芯片未来发展及前瞻............................................7

2.3小结8

3单片机芯片发展及应用9

3.1单片机芯片发展9

3.1.1单片机芯片产生背景9

3.1.2单片机芯片的发展9

3.2单片机芯片应用及前瞻10

3.2.1单片机芯片的应用10

3.2.2单片机芯片前瞻11

3.3小结11

4DSP芯片发展及应用11

4.1DSP芯片发展史11

4.2DSP芯片应用及前瞻12

4.2.1DSP芯片在各领域应用12

4.2.2DSP芯片未来发展前瞻14

4.3小结15

5论文总结16

参考文献..................................................................16

致谢......................................................................17

1引　言

今天，我们可以舒适的坐在电脑前看电影、听音乐，通过互联网寻找资料，与远方的朋友进行视频聊天，又或者通过电子商务网站购买一本杂志、一款自己心仪的MP3播放器，一切都显得那么随意和悠然自得。

但是大部分人却都没想过，能够有如此幸福生活，是多少人前赴后继，做出了可歌可泣贡献才得到的。

一个IT界著名的成功人士说“你每天都喝水，那你有没考虑过水厂和水龙头的关系怎么样的？

”。

确实，也许并非每个人都对IT和其中发生的事情感兴趣，但是曾经发生的事情和有过的经历，却可以让我们更加珍惜这来之不易的幸福。

了解成功人的历史，更可让我们受益菲浅。

对CPU芯片单片机和DSP芯片的发展历程及之间的联系的研究是很有必要，也是很有意义的，这能使我们更加深刻的理解和更加广泛的应用。

本文阐述了芯片对现代科技的重要作用，详细介绍了芯片的发展历史，把芯片发展分阶段进行了总结。

2CPU芯片发展及应用

CPU（CentralProcessingUnit），被称呼为中心处理器或者Microprocessor微处理器。

CPU是计算机的核心，其重要性好比心脏对于人一样。

实际上，处理器的作用和大脑更相似，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。

CPU的种类决定了你使用的操作系统和相应的软件，CPU的速度从某些方面决定了你的计算机有多强大。

2.1CPU芯片发展史

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：

四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

虽然设计方式和工作原理的过程有区别，但不同处理器依然有很多相似之处。

从外表看来，CPU常常是矩形或正方形的块状物，通过密密麻麻的众多管脚与主板相连。

不过，你看到的不过是CPU的外衣——CPU的封装。

而内部，CPU的核心是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片（其英文名称为die，核心）。

在这块小小的硅片上，密布着数以百万计的晶体管，它们好像大脑的神经元，相互配合协调，完成着各种复杂的运算和操作。

摩尔预言，晶体管的密度每过18个月就会翻一番，这就是著名的摩尔定律。

CPU微处理器的发展也验证了摩尔定律。

Intel4004,第一代微处理器

1971年1月，Intel公司的霍夫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。

功能比较弱,且计算速度较慢,只能用在Busicom计算器上。

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。

1976年Intel发布了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。

Intel8086，第三代处理器。

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。

1979年6月1日，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088,它是8086的廉价版本,价格为大众所接受。

在性能方面，它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。

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CPU。

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位地址总线。

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,一种实模式,另一种是保护方式。

80286开始正式采用一种被称为PGA的正方形包装。

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。

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。

Pentium系列芯片

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。

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

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。

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

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。

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100MHzSupersocket7主板，与那些使用66MHz总线的芯片相比，性能的提升是卓越的。

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。

Pentium4处理器

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。

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“Core2Duo”和“Core2Quad”品牌，以及最新出的Corei7,corei5,corei3的三个品牌的CPU。

“奔腾”作为消费者所熟悉的一个品牌将逐渐转向经济型产品。

酷睿系列芯片特性：

全新的Core架构，彻底抛弃了Netburst架构,制造工艺为65nm或45nm,全线产品均为双核心，L2缓存容量提升到4MB,晶体管数量达到2.91亿个，核心尺寸为143平方毫米,性能提升40%,能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦特，顶级的X6800也仅为75瓦特,前端总线提升至1066Mhz，1333Mhz，800Mhz,服务器类Woodcrest为开发代号，实际的产品名称为Xeon5100系列,采用LGA775接口。

目前，Intel公司已经发布了台式机和笔记本的酷睿2四核处理器，能有效处理密集计算和虚拟化工作负载。

最新型英特尔酷睿2四核处理器基于45纳米英特尔酷睿微体系结构，具有速度快、温度低、噪音小的优点，可满足下一代高线程应用的带宽需求。

2.2CPU芯片应用及前瞻

2.2.1CPU芯片应用

CPU芯片主要应用于个人电脑。

无论是苹果公司，Dell公司还是IBM公司，这些个人电脑生产厂商始终都在使用CPU作为个人电脑的核心部件。

1976年3月，SteveWozniak和SteveJobs开发出微型计算机AppleI，4月1日愚人节这天，两个Steve成立了Apple计算机公司。

1980年10月，Microsoft把握了一次绝佳的发展机遇。

IBM在秘密进行代号为“跳棋计划”的开发项目（第一台IBMPC）过程中，向Microsoft提出采购一套操作系统。

PaulAllen抓住机会与SeattleComputerProducts的TimPatterson签约，向其支付了不到10万美元，获得了其DOS操作系统的版权并进行了一些修改，从而做成了与这个神秘客户（IBM）的大买卖。

今天的Windows系列操作系统仍然兼容DOS，这个系统对于老一代电脑用户来说再熟悉不过了。

第一台IBMPC采用了主频为4.77MHz的Intel8088，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS。

IBM将其命名为“个人电脑（PersonalComputer）”，不久“个人电脑”的缩写“PC”成为所有个人电脑的代名词。

IBM原来预计在一年中售出241683台PC，然而用户的需求被大大低估了，实际上一个月的订货量就超出了预计。

如今，之所以CPU芯片在个人电脑的使用使得今天信息时代的快速发展。

网络，多媒体，各种信息服务能够得到充分展现离不开CPU的功劳。

2.2.2CPU芯片未来发展及前瞻

CPU的功劳及作用在今天仍不可忽略，但是时代在发展，科技在发展，会有集成度更高，运算效率更高的芯片出现来取代目前的CPU在个人电脑中的地位。

一种是GPU。

GPU是显示卡的“大脑”，它决定了显卡的档次和大部分性能，同时也是2D显示卡和3D显示卡的区别依据。

2D显示芯片在处理3D图像和特效时主要依赖CPU的处理能力，称为“软加速”。

3D显示芯片是将三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内，也即所谓的“硬件加速”功能。

现在市场上的显卡大多采用NVIDIA和AMD-ATI两家公司的图片处理芯片。

今天，GPU已经不再局限于3D图形处理了，GPU通用计算技术发展已经引起业界不少的关注，事实也证明在浮点运算、并行计算等部分计算方面，GPU可以提供数十倍乃至于上百倍于CPU的性能，如此强悍的“新星”难免会让CPU厂商老大英特尔为未来而紧张，NVIDIA和英特尔也经常为CPU和GPU谁更重要而展开口水战。

简单说GPU就是能够从硬件上支持T&L（TransformandLighting，GPU多边形转换与光源处理）的显示芯片，因为T&L是3D渲染中的一个重要部分，其作用是计算多边形的3D位置和处理动态光线效果，也可以称为“几何处理”。

一个好的T&L单元，可以提供细致的3D物体和高级的光线特效；只不过大多数PC中，T&L的大部分运算是交由CPU处理的（这就也就是所谓的软件T&L），由于CPU的任务繁多，除了T&L之外，还要做内存管理、输入响应等非3D图形处理工作，因此在实际运算的时候性能会大打折扣，常常出现显卡等待CPU数据的情况，其运算速度远跟不上今天复杂三维游戏的要求。

即使CPU的工作频率超过1GHz或更高，对它的帮助也不大，由于这是PC本身设计造成的问题，与CPU的速度无太大关系。

GPU完全可以独立的负责其整个PC的运算。

另一个是APU。

APU（AcceleratedProcessingUnit）中文名字叫加速处理器，是AMD融聚理念的产品，它第一次将处理器和独显核心做在一个晶片上，它同时具有高性能处理器和最新独立显卡的处理性能，支持DX11游戏和最新应用的“加速运算”，大幅提升电脑运行效率，实现了CPU与GPU真正的融合。

2011年1月，AMD将推出一款革命性的产品AMDAPU，是AMDFusion技术的首款产品。

2011年6月面向主流市场的LlanoAPU正式发布。

说到底，APU将通用运算x86架构CPU核心和可编程矢量处理引擎相融合，把CPU擅长的精密标量运算与传统上只有GPU才具备的大规模并行矢量运算结合起来。

AMDAPU设计综合了CPU和GPU的优势，为软件开发者带来前所未有的灵活性，能够任意采用最适合的方式开发新的应用。

AMDAPU通过一个高性能总线，在单个硅片上把一个可编程x86CPU和一个GPU的矢量处理架构连为一体，双方都能直接读取高速内存。

AMDAPU中还包含其他一些系统成分，比如内存控制器、I/O控制器、专用视频解码器、显示输出和总线接口等。

AMDAPU的魅力在于它们内含由标量和矢量硬件构成的全部处理能力。

APU有可能也有实力和能力在不远的未来在PC处理器市场占的份额，甚至是取代CPU也是很有可能的。

2.3小结

算一下微处理器的发展史也不过40余年，但在这40余年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化。

从Intel的4004开始，到了Intel，AMD，Cyrix三足鼎立，到Intel一家独大，再到现在Intel，AMD分庭抗衡。

时代的进步，科技的发展。

40余年，给人带来的回忆是太多太多。

CPU将向速度更快、64位结构、多核心方向前进。

CPU的制作工艺将更加精细，将会由现在0.09微米向0.045微米过渡。