CPU的发展历程Word格式文档下载.docx

1、 Pentium 840EE处理器采用90nm制程的Smithfield核心，每核心1MB二级缓存，800MHZ的FSB，支持EDB防毒和EMT64T，可以搭配64位WinXP，90纳米制程，206平方毫米芯片面积，2.3亿晶体管。Pentium 4 643 （3.2GHz）采用65nm工艺的CedarMill，集成2MB二级缓存，单核心，支持HT、EM64T，VT。需要说明的是，线宽是指芯片上的最基本功能单元门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系统更稳定，CPU得以运行在更高的频

2、率下，而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆，于是成本降低了。随着线宽的不断降低，以往芯片内部使用的铝连线的导电性能将不敷使用，AMD在其K7系列开始采用铜连线技术。而现在这一技术已经得到了广泛应用。当前第1页：本文共1页摩尔定律让我们可以预料到未来CPU发展的大致情况。毫无疑问，高性能、低能耗、高速度和低成本是未来的发展方向。更小的布线宽度和更多的晶体管 目前，Intel和AMD的CPU都已经采用了0.18甚至0.13微米技术。就目前的硅芯片来说，减小布线宽度是提升CPU速度的关键。那么，0.13微米以后呢？ 专家预计，2006年单片系统集成芯片的设计将达到这样一些指标：最小特征尺寸0.

3、1微米，芯片集成度2亿个晶体管。而从制作工艺方面讲也取得了一些突破。IBM开发出了一种新的芯片封装技术，使芯片厂商能够使用铜导线代替传统的铝制连线以连接芯片上的晶体管。由于铜导线可以比铝导线做得更细，从而使芯片上可集成的晶体管数量更多，这就使得单位包装的计算能力得到大幅度提高。 铜芯片已经成为处理器未来发展的方向，目前已经有包括Intel、AMD、在内的多家芯片制造商投入铜芯片的研究。64位CPU主导市场 随着Intel Itanium的发布，个人PC市场处理器也将向64位过渡。64位CPU能够处理64位的数据和64位的地址，能够提供更高的计算精确度和更大的存储器寻址范围。科学家们预计五年之后

4、，64位处理器将会相当成熟，并占据绝部分市场。更高的总线速度 现在的总线越来越限制了高性能CPU的发挥。为此，各个厂商都在想办法提高总线速度。预计到三年之内，总线速度应该能超过1GHz。摩尔定律何时至极限？ 30多年来，制造技术的革命已经大大提高了硅芯片的集成度。1971年英特尔生产的第一个芯片只含2300个晶体管，英特尔最新的奔腾4芯片则集成了4200万个晶体管。英特尔公司奠基人之一戈登摩尔在20世纪70年代发现，集成在一块芯片上的晶体管数量大约每两年增加一倍。这个经验定律被其后数十年芯片发展的实际情况所验证，并被人们称为信息产业中的“摩尔定律”。按摩尔定律计算，到2010年，一个芯片上晶体

5、管的数量将超过10亿。 科学界中绝大多数人都认为，传统的硅芯片计算机将不可避免地遭遇发展极限。那么，这种极限何时出现呢？ 量子密码通信方案最早提出者之一贝纳特教授认为，尽管摩尔定理从理论上预测到传统硅芯片计算机要遭遇极限，但应该说它只是一个趋势，等处理器到了原子尺度大小时才会出现。他预计要等到这一天大概得有几十年的时间。但大多数量子科学家则认为极限不会那么久才出现。最早提出离子阱离子计算等诸多重大新学术思想的奥地利科学家左拉教授给出了一个相对的估计数，他认为大概十年后传统计算机的存储器将会遭遇极限。清华大学教授龙桂鲁教授也支持这一观点，他认为根据“摩尔定律”推测出的10年左右的时间就是经典计算

6、机的极限。cpu发展历史一览表 年代芯片芯片简介集成晶体管数目同年it大事纪1971年40044位，世界上第一块cpu2250pascal语言开发完成1972年80088位2500hp发明世界上第一个手持计算器1974年80805000mits发布altair 8800摩托罗拉mc680048001976年zilog z80apple电脑问世1978年808616位29,000dsp首次应用1979年8088芯片内部16位，外部8位29000ibm推出了采用8088的电脑1982年80286时钟频率6mhz，10 mhz，12.5 mhz，向下兼容，x86体系结构基本建立120,000 第一台

7、便携式电脑问世1985年80386（dx）32位，cpu寻址空间275,000cd-rom驱动器问世microsoft windows3.0发布1989年80486dx集成8k的一级缓存118万sound blaster card（声卡）发布 1993年pentium内置16k一级缓存310万amd推出amd486；cyrix推出5x86， 首次采用pr等级来标称cpu主频1995年pentium pro专门为服务器和工作站级应用设计550万windows 95 发布与以前的dos版本大不相同1997年pentiummmx内部代号p55c，新增57条多媒体指令amd推出k6，带有3dnow指令

8、集cyrix推出6x86intel p采用slot1接口，二级缓存已到了片外750万深蓝计算机战胜人类国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫1998年celeron面向低端的产品，体现了intel兼顾低端的决心cyrix推出m2；amd推出k6-2，带有3dnow!指令集；microsoft发布windows 981999年p增加了sse指令集。2400万k6-iii推出，集成2300万个晶体管amd推出athlon，支持200mhz总线频率2000年p4采用全新的netburst架构4200万总线速度达到了400mhzamd推出低端的duronCPU是Central Processing Unit（中央

9、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Pentium 4时代，只经过了不到二十年的时间。 从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而Pentium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

10、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。Intel 40041971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，由于运算性能很差，其市场反应十分不理想。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，如果没有微处理器,这些

11、应用就无法实现。由于微处理器可用来完成很多以前需要用较大设备完成的计算任务，价格又便宜，于是各半导体公司开始竞相生产微处理器芯片。Zilog公司生产了8080的增强型Z80，摩托罗拉公司生产了6800，英特尔公司于1976年又生产了增强型8085,但这些芯片基本没有改变8080的基本特点，都属于第二代微处理器。它们均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管,平均指令执行时间为1S2S,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程，使用单用户操作系统。Intel 8086 1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器。很快Zilog公司和摩托罗拉公司也宣布计划生产Z8000和68

12、000。这就是第三代微处理器的起点。8086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，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，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

13、均采用16位数据传输，所以都称为16位微处理器，但8086每周期能传送或接收16位数据，而8088每周期只采用8位。因为最初的大部分设备和芯片是8位的，而8088的外部8位数据传送、接收能与这些设备相兼容。8088采用40针的DIP封装，工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz，微处理器集成了大约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。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8088一样是采用8位工作。1981年，美国IBM公司将80

14、88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IBM PC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。Intel 802861982年，英特尔公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器，该微处理器的最大主频为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。80286可工作于两种方式，一种叫实模式，另一种叫保护方式。 在实模式下，微处理器可以访问的内存总量限制在1兆字节；而在保护方式之下，80286可直接访问16兆字

15、节的内存。此外，80286工作在保护方式之下，可以保护操作系统，使之不像实模式或8086等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。 IBM公司将80286微处理器用在先进技术微机即AT机中，引起了极大的轰动。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。最早PC机的速度是4MHz，第一台基于80286的AT机运行速度为6MHz至8MHz，一些制造商还自行提高速度，使80286达到了20MHz，这意味着性能上有了重大的进步。80286的封装是一种被称为PGA的正方形包装。PGA是源于PLCC的便宜封装，它有一块

16、内部和外部固体插脚，在这个封装中，80286集成了大约130000个晶体管。IBM PC/AT微机的总线保持了XT的三层总线结构，并增加了高低位字节总线驱动器转换逻辑和高位字节总线。与XT机一样，CPU也是焊接在主板上的。那时的原装机仅指IBM PC机，而兼容机就是除了IBM PC以外的其它机器。在当时，生产CPU的公司除英特尔外，还有AMD及西门子公司等，而人们对自己电脑用的什么CPU也不关心，因为AMD等公司生产的CPU几乎同英特尔的一样，直到486时代人们才关心起自己的CPU来。808680286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

17、的东西。到九十年代初，国内才开始普及计算机。Intel 803861985年春天的时候，英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司，它决心全力开发新一代的32位核心的CPU80386。Intel给80386设计了三个技术要点：使用“类286”结构，开发80387微处理器增强浮点运算能力，开发高速缓存解决内存速度瓶颈。1985年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，可以寻址到4GB内存

18、，并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟86”的工作方式，可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力。 80386DX有比80286更多的指令，频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令，比频率为16MHz的80286快2.2倍。80386最经典的产品为80386DX33MHz，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。虽然当时80386没有完善和强大的浮点运算单元

19、，但配上80387协处理器，80386就可以顺利完成许多需要大量浮点运算的任务，从而顺利进入了主流的商用电脑市场。另外，30386还有其他丰富的外围配件支持，如82258（DMA控制器）、8259A（中断控制器）、8272（磁盘控制器）、82385（Cache控制器）、82062（硬盘控制器）等。针对内存的速度瓶颈，英特尔为80386设计了高速缓存（Cache），采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈，从此以后，Cache就和CPU成为了如影随形的东西。Intel 80387/80287严格地说，80387并不是一块真正意义上的CPU，而是配合80386DX的协处理芯片，也就是说，80387只能

20、协助80386完成浮点运算方面的功能，功能很单一。Intel 80386SX1989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，它的内部数据总线为32位，外部数据总线为16位，它可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片，降低整机成本。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。Intel 80386SL/80386DL英特尔在1990年推出了专门用于笔记本电脑的80386SL和80386DL两种型号的386芯片。这两个类型的芯片可以说是

21、80386DX/SX的节能型，其中，80386DL是基于80386DX内核，而80386SL是基于80386SX内核的。这两种类型的芯片，不但耗电少，而且具有电源管理功能，在CPU不工作的时候，自动切断电源供应。Motorola 68000摩托罗拉的68000是最早推出的32位微微处理器，当时是1984年，推出后，性能超群，并获得如日中天的苹果公司青睐，在自己的划时代个人电脑“PCMAC”中采用该芯片。但80386推出后，日渐没落。AMD Am386SX/DXAMD的Am386SX/DX是兼容80386DX的第三方芯片，性能上和英特尔的80386DX相差无己，也成为当时的主流产品之一。IBM

22、386SLC这个是由IBM在研究80386的基础上设计的，和80386完全兼容，由英特尔生产制造。386SLC基本上是一个在80386SX的基础上配上内置Cache，同时包含80486SX的指令集，性能也不错。 Intel 804861989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是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。

23、80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍，内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。并且，在80x86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。 随着芯片技术的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高。在这种情况下，出现了CPU倍频技术，该技术使CPU内部工作频率为微处理器外频的23倍，486 DX2、48

24、6 DX4的名字便是由此而来。 Intel 80486 DX常见的80486 CPU有80486 DX33、40、50。486 CPU与386 DX一样内外都是32位的，但是最慢的486 CPU也比最快的386 CPU要快，这是因为486 SX/DX执行一条指令，只需要一个振荡周期，而386DX CPU却需要两个周期。 Intel 80486 SX因为80486 DX CPU具有内置的浮点协微处理器，功能强大，当然价格也就比较昂贵。为了适应普通的用户的需要，尤其是不需要进行大量浮点运算的用户，英特尔公司推出了486 SX CPU。80486 SX主板上一般都有80487协微处理器插座，如果需要

25、浮点协微处理器的功能，可以插上一个80487协微处理器芯片，这样就等同于486 DX了。常见的80486 SX CPU有：80486 SX25、33。 Intel 80486 DX2/DX4其实这种CPU的名字与频率是有关的，这种CPU的内部频率是主板频率的两/四倍，如80486 DX266，CPU的频率是66MHz，而主板的频率只要是33MHz就可以了。 Intel 80486 SL CPU80486 SL CPU最初是为笔记本电脑和其他便携机设计的，与386SL一样，这种芯片使用3.3V而不是5V电源，而且也有内部切断电路，使微处理器和其他一些可选择的部件在不工作时，处于休眠状态，这样就可

26、以减少笔记本电脑和其他便携机的能耗，延长使用时间。 Intel 486 OverDrive升级486 SX可以在主板的协微处理器插槽上安装一个80487SX芯片，使其等效于486 DX，但是这样升级后，只是增加了浮点协微处理器的能力，并没有提高系统的速度。为了提高系统的速度，还有另外一种升级的方法，就是在协微处理器插槽上插上一个486 OverDrive CPU，它的原理与486 DX2 CPU一样，其内部操作速度可以是外部速度的两倍。如一个20MHz的主板上安插了OverDrive CPU之后，CPU内部的操作速度可以达到40MHz。486 OverDrive CPU也有浮点协微处理器的功能

27、，常见的有：OverDrive50、66、80。 TI 486 DX作为全球知名的半导体厂商之一，美国德州仪器（TI）也在486时代异军突起，它自行生产了486 DX系列CPU，尤其在486DX2成为主流后，其DX280因较高的性价比成为当时主流产品之一，TI 486最高主频为DX4100，但其后再也没有进入过CPU市场。 Cyrix 486DLC这是Cyrix公司生产的486 CPU，说它是486 CPU，是指它的效率上逼近486 CPU，却并不是严格意义上的486 CPU，这是由486 CPU的特点而定的。486DLC CPU只是将386DX CPU与1K Cache组合在一块芯片里，没有内含浮点协微处理器，执行一条指令需要两个振荡周期。但是由于486DLC CPU设计精巧，486DLC33 CPU的效率逼近英特尔公司的486 SX25，而486DLC40 CPU则超过了486 SX25，并且486DLC40 CPU的价格比486 SX25便宜。486DLC CPU是为了升级38