计算机组成原理论文——CPU的历史与发展.doc

1、X86时代的CPU1、1 初发展CPU的溯源可以一直到1971年。在那一年，当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用于计算器的4位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器。1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086。 1979年，INTEL公司推出了8088芯片，它仍旧是属于16位微处理器，内含29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz，地址总线为20位，可使用1MB内存。8088内部数据总线都是16位，外部数据总线是8位，而它的兄弟8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBM PC机中，开创了全新的微机时代。也正是从8088开始，PC机（个人电脑）的概念开始在全世界范围内发展起来。 1、2 Intel 8086处理器 1982年，许多年轻的读者尚在襁褓之中的时候，INTE已经推出了划时代的最新产品棗80286芯片，该芯片比8006和8088都有了飞跃的发展，虽然它仍旧是16位结构，但是在CPU的内部含有13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。从80286开始，CPU的工作方式也演变出两种来：实模式和保护模式。1、3 Intel 80286处理器1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处理器，而且制造工艺也有了很大的进步，与80286相比，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。 1、4 Intel 80386处理器 1989年，我们大家耳熟能详的80486芯片由INTEL推出，这种芯片的伟大之处就在于它实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。2、奔腾时代的CPU2、1 Intel 奔腾处理器与此同时，AMD公司也不甘示弱推出了K5系列的CPU。它的内部总线的频率和奔腾差不多，都是60或者66MHz，虽然它在浮点 运算方面比不上奔腾，但是由于K5系列CPU都内置了24KB的一级缓存，比奔腾内置的16KB多出了一半，因此在整数运算和系统整体性能方面甚至要高于同频率的奔腾。2、2 Intel奔腾 Pro处理器值得注意的是在Pentimu Pro的一个封装中除Pentimu Pro芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片。而Pentimu Pro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。Pentimu Pro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。不过由于当时缓存技术还没有成熟，加上当时缓存芯片还非常昂贵，因此尽管Pentimu Pro性能不错，但远没有达到抛离对手的程度，加上价格十分昂贵，一次Pentimu Pro实际上出售的数目非常至少，市场生命也非常的短，Pentimu Pro可以说是Intel第一个失败的产品。3、辉煌的开始奔腾 MMX： INTEL吸取了奔腾 Pro的教训，在1996年底推出了奔腾系列的改进版本，厂家代号P55C，也就是我们平常所说的奔腾 MMX（多能奔腾）。这款处理器并没有集成当时卖力不讨好的二级缓存，而是独辟蹊径，采用MMX技术去增强性能。 MMX是Intel公司在1996年为增强奔腾 CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术， MMX技术不但是一个创新，而且还开创了CPU开发的新纪元。4、优势的确立奔腾 1997年五月，INTEL又推出了和奔腾 Pro同一个级别的产品，也就是影响力最大的CPU奔腾 。第一代奔腾 核心称为Klamath。奔腾II采用了与奔腾 Pro相同的核心结构,从而继承了原有奔腾 Pro处理器优秀的32位性能，但它加快了段寄存器写操作的速度,并增加了MMX指令集,以加速16位操作系统的执行速度。5、廉价高性能CPU的开端Celeron：在奔腾 又再次获得成功之际，INTEL的头脑开始有点发热，飘飘然了起来，将全部力量都集中在高端市场上，从而给AMD，CYRIX等等公司造成了不少 乘虚而入的机会，眼看着性能价格比不如对手的产品，而且低端市场一再被蚕食，INTEL不能眼看着自己的发家之地就这样落入他人手中，又与1998年全新推出了面向低端市场，性能价格比相当厉害的CPUCeleron，赛扬处理器。6、世纪末的辉煌奔腾III：在99年初，Intel发布了第三代的奔腾处理器奔腾III，第一批的奔腾III 处理器采用了Katmai内核，主频有450和500Mhz两种，这个内核最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集，这个指令集在MMX的基础上添加了70条新指令，以增强三维和浮点应用，并且可以兼容以前的所有MMX程序。7、AMD的绝地反击Athlon在AMD公司方面，刚开始时为了对抗奔腾III，曾经推出了K6-3处理器。K6-3处理器是三层高速缓存（TriLevel）结构设计，内建有64K的第一级高速缓存（Level 1）及256K的第二层高速缓存（Level 2），主板上则配置第三级高速缓存（Level 3）。K6-3处理器还支持增强型的3D Now！指令集。由于成本上和成品率方面的问题，K6-3处理器在台式机市场上并不是很成功，因此它逐渐从台式机市场消失，转进笔记本市场。真正让AMD扬眉吐气的是原来代号K7的Athlon处理器。Athlon具备超标量、超管线、多流水线的Risc核心，采用0.25微米工艺，集成2,200万个晶体管，Athlon包含了三个解码器，三个整数执行单元（IEU），三个地址生成单元（AGU），三个多媒体单元（就是浮点运算单元），Athlon可以在同一个时钟周期同时执行三条浮点指令，每个浮点单元都是一个完全的管道。 8、踏入新世纪的CPU进入新世纪以来，CPU进入了更高速发展的时代，以往可望而不可及的1Ghz大关被轻松突破了，在市场分布方面，仍然是Intel跟AMD公司在两雄争霸，它们分别推出了Pentium4、Tualatin核心Pentium 和Celeron、Tunderbird核心Athlon、AthlonXP和Duron等处理器，竞争日益激烈。 9、CPU未来发展的方向纵观我们上面叙述的CPU发展史，大家不难得出以下的CPU发展方向：首先是更高的频率，其次是更小的制造工艺，第三，更大的高速缓存。CPU作为一个电脑的核心部件，是大家最关注的电脑硬件，甚至将CPU的好坏作为衡量PC好坏的唯一条件，足可见CPU的在硬件中的核心地位，而CPU制造技术也是IT技术里最高阶的技术之一，因此，有必要探讨一下未来CPU技术的发展方向。转自铁血社区 htt如今CPU就像一匹脱缰的野马正以超乎寻常的速度向前发展，在短短的一段时间内我们满耳都充斥着频率提升、新品发布的消息。如果说显示卡、声卡的更新时技术上的创新，那么CPU的升级换代就是技术上的革命。毫无革命，高性能、低能耗、高速度和低成本将是CPU的未来的发展方向。Intel Pentium4有4200万颗晶体管以0.18微米制程制造，具备崭新的Net Burst架构，藉由内部Trace Cache架，256KBL2Cache，128bit整数/浮点SIMD运算管线，配合144组SSE2指令集，以及外频高达400MHz的协助，配合外接双信道RDRAM与3.2GB/s高传输频宽的配合下，在重量级多媒体，特别是影像处理、影音剪辑以及实时动态影音的处理上，有着较为出色的表现。虽然在执行传统文书、office之类的应用程序时，Pentium4并没有比同时脉Pentium4甚至劲敌AMDAthlon处理器还要好的表现，但Intel藉由其易于调升时脉的特质，将Pentium4时脉快速的拉升，今年4月23日正式推出1.7Hz时脉版本的Pentium4处理器，而今年第三到第四季会进展到2GHz，到明年年中，0.13微米制程的新Pentium4将会一举突破2.4GHz。Intel的企图很明显：先拉高时脉，争取转移到0.13微米先进制程的时间，然后再藉由制程的进化，进一步改善Pentium4的体质，彻底提升它的执行效能。在Intel全力推广Pentium4的情况下，桌上型Pentium3会逐渐淡出市场，转战笔记型计算机市场。因为Intel打算先以0.13微米制程，以既有的P6核心来打造低电压版的Tualatin处理器，高速缓存将加大到512KB，同时将外频提高为200MHz，它的时脉预计从1.2GHz开始起跳，所搭配的芯片组称为830芯片组，可搭配PC133以及DDR266等内存规格的P3-DDR芯片组，将主攻中高阶笔记型计算机市场。至于Calderon处理器，目前已经推进到850MHz，以因应AMD Duron推进到850甚至900MHz的挑战，Intel也计划在明年年中，正式将Calderon处理器也导入0.13微米制程，届时会突破1GHz大关。另外，Intel与HP合作开发多年的64位处理器“安腾”Itanium，仍在积极寻求OEM大厂的支持与平台建置。Itanium具备2500万颗晶体管所组成，具备733-800MHz的时脉速度，外接2-4MB第三阶高速缓存的设计，总线则采取所谓的DDR-266的方式。由于Itanium的核心是EPIC-Explict Parallel Instruction Computing架构，这是一种搭配编译器的改进型VLIW平行执行单元架构。这种架构不适合执行目前