微处理器发展

1、微处理器发展一、基本理论摩尔定律摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一 倍。摩尔定律是由英特尔（Intel）名誉董事长戈登摩尔（Gordon Moore）经过长期观察发现 得之。钟摆理论在奇数年，英特尔将会推出新的工艺；而在偶数年，英特尔则会推出新的架构。简单的说， 就是奇数工艺年和偶数架构年的概念。钟摆策略发展趋势一般是今年架构、明年工艺，是让大家循序渐进，而且实行钟摆策略也 是带着整个行业按着这个钟摆形成一种共同的结构往前走。二、微处理器的发展大致可分为第一代微处理器（1971 1973年）通常以字长是4位或8位微处理器，典型的是美国In tel

2、4004和Intel 8008微处理器。In tel 4004是一种4位微处理器，可进行4位二进制的并行运算，它有45条指令，速度0.05MIPS（Million In structio n Per Seco nd，每秒百万条指令）。In tel 4004 的功能有限，主要用于计算器、电动打字机、照相机、台秤、电视机等家用电器上，使这些电器设备具有智能化，从 而提高它们的性能。In tel 8008是世界上第一种8位的微处理器。存储器采用 PMO工艺。该 阶段计算机工作速度较慢，微处理器的指令系统不完整，存储器容量很小，只有几百字节，没 有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制。第

3、二代微处理器（19741977年）典型的微处理器有In tel 8080/8085，Zilog公司的Z80和Motorola公司的M6800与第 一代微处理器相比，集成度提高了 14倍，运算速度提高了 1015倍，指令系统相对比较完 善，已具备典型的计算机体系结构及中断、直接存储器存取等功能。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

4、们均采用NMO工艺,集成度约9000只晶体管，平均指令执 行时间为1卩S2卩S,采用汇编语言、BASIC Fortran编程，使用单用户操作系统。第三代微处理器（19781984年）即16位微处理器。1978年，In tel公司率先推出16位微处理器8086,同时，为了方便 原来的8位机用户，In tel公司又提出了一种准16位微处理器8088。在In tel公司推出8086、8088 CPU之后，各公司也相继推出了同类的产品，有 Zilog公 司Z8000和 Motorola公司的M6800C等。1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的IBM-PC 机中，从而开创了全新的微机时代

5、。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。第四代微处理器（19851992年）即32位微处理器。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 33MH? 最后还有少量的40MHz产品。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。1989年， 英特尔推出了 80486

6、芯片.第五代微处理器（1993-2005年）第5阶段（1993-2005年）是奔腾（pentium）系列微处理器时代，通常称为第5代。 典型产品是In tel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的 AMD勺K6系列微处理器芯片。内部采用 了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX（MultiMediaeXtended ）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面 跨上了更高的台阶。2000年推出的Pentium 4处理器内建了 4200万个晶体管，以及采用0.18微米的电路， Pentium 4初期推出版本的速度就高达1.5GHz,晶体管数目约为4200万

7、颗，翌年8月，Pentium 4处理理达到2 GHz的里程碑。2002年英特尔推出新款In tel Pen tium 4处理器内含创新的Hyper-Threading（HT ）超线程技术。第六代微处理器（2005年至今）第6阶段（是酷睿（core ）系列微处理器时代，通常称为第6代。“酷睿”是一款领 先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。酷睿2：英文名称为Core 2 Duo，是是英特尔在2006年推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称。于 2006年7月27日发布。 酷睿2是一个跨平台的构架体系，

8、包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版 的开发代号为 Woodcrest，桌面版的开发代号为 Con roe，移动版的开发代号为 MeromSNB（Sandy Bridge ）是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大 意义莫过于重新定义了 “整合平台”的概念，与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了“集成显卡”的时代。在2012年4月24日下午北京天文馆，intel正式发布了 ivy bridge （IVB）处理器。22nm Ivy Bridge 会将执行单元的数量翻一番，达到最多24个，自然会带来性能上的进一步跃进。Ivy Bridge 会加入对DX11的

9、支持的集成显卡。另外新加入的 XHCI USB 3.0控制器则共享其 中四条通道，从而提供最多四个 USB 3.0，从而支持原生USB3Q cpu的制作采用3D晶体管 技术的CPU耗电量会减少一半。AMD CP发展史1: 1999年6月23日，Athlon诞生，当时为K7架构，主频从500-700 MHz之间，配备512 KB的半速二级缓存。2: 2000年3月6日，世界出现第一款速度达到1GHZ勺处理器 Athlon 1GHz。AMD是 第一家发表与销售1 GHz处理器的厂商(Athlon)，比Intel 的1 GHz Pentium III 早了两 天。1GHz的Athlon处理器是一款非

10、常优秀的产品，主频率的优势使它的性能显得出类拔萃，虽然 受到1/3速L2- Cache的影响，它的整体性能仍然是当时测试过的处理器中最出色的。对于AMD公司来说，Athlon 1GHz的象征意义更大于实用价值。3: 2001 年 10 月 9 日，Athlon XP 处理器出现，“ XP指 Extreme Performance(卓越性 能)，重启PR值对CPU性能进行标注，最终频率为1733MHz PR值为2100+。4:2002年6月10日，新版Athlon XP处理器出现，是是 AMD首次采用0.13微米工艺的 处理器。5: 2003年2月10日，出现配备512KB二级缓存的 Athlo

11、n XP 3000+处理器。2003年9月23日，第八代CPU( K8) Athlo n 64登场，首次支持64bit计算、并内 置内存控制器。6: 2004年8月，Socket 939接口 Athlon 64 出现，引入90纳米工艺，加速 64bit计算 普及。7: 2005 年 4 月，Athlon FX 出现，频率达到 3GHz Athlon 64 X2 出现。8:2006年5月底，首款Socket AM2接口双核心 Athlon 64 X2，支持双通道 DDR2 800内 存。9: 2007 年 9 月，桌面 CPU规格最高的 Athlon 64 X2 6000+ 出现，Athlon

12、64 X2 5000+ 黑盒版诞生。10: 2008 年 12 月，AM推出 K10架构的 Athlon 64 X2 7750 黑盒版。11: 2009 年 4 月，AMD隹出 Athlon 64 X2 7850 黑盒版。Athlon X2 7850 BE 是 Athlon X2 7750 BE 的后续产品，也是 Kuma巅峰之作。Athlon X27850 Black Edition的定位主要是面向超频市场，虽然它的主频仍未超越3GHz但是由于此处理器的定价不会太高，所以很适合普通超频爱好者使用。历经十年的发展，Athlon处理器见证了 32位到64位的转变，也推动了单核到多核的进 步，最新

13、一代的Athlon X2 7xxx系列已经日益成熟，核心架构由 K8升级到K10,拥有了 K10 架构才有的2MB三级缓存，HT 3.0总线等完整技术规格，在游戏性能与高效能计算上相比前 代5000、6000系列有了大幅提高。中国微处理器简介2004年2月18日，由清华大学自主研发的32位微处理器THUM芯片终于领到了由国家 教育部颁发的“身份证”：典型工作频率400MHz功耗1.17mW/MH，芯片颗粒40片，最高工 作频率可达500MHz是目前国内工作频率最高的微处理器。“这标志着我国在自主研发 CPU芯片领域迈开了实质性的一大步。”教育部对THUM的诞生给予了较高评价。在龙芯1号、龙芯2

14、号的基础上，中国正在自主研发新一代的龙芯3号。龙芯3A的工作频率为900MH 1GHz功耗约15W频率为1GHZ寸双精度浮点运算速度峰 值达到每秒160亿次，单精度浮点运算速度峰值每秒 320亿次。龙芯3A采用意法半导体公司(STMicro) 65纳米CMO工艺生产，晶体管数目达4.25亿个，芯片采用BGA封装，弓I脚的数 目为1121个，功耗小于15瓦。龙芯3A集成了四个64位超标量处理器核、4MB的二级Cache 两个DDR2/3内存控制器、两个高性能HyperTransport控制器、一个PCI/PCIX控制器以及LPC SPI、UART GPIO等低速I/O控制器。龙芯3A的指令系统与

15、MIPS64兼容并通过指令扩展支持 X86二进制翻译。龙芯3号在包括服务器、高性能计算机、低能耗数据中心、个人高性能计 算机、高端桌面应用、高吞吐计算应用、工业控制、数字信号处理、高端嵌入式应用等产品中 具有广阔的市场应用前景。微处理器发展史1971年：4004微处理器1972年：8008微处理器1974年：8080微处理器1978年：8086-8088微处理器1982年：286微处理器1985年：英特38664微处理器1989年：英特尔48664 DX CPU微处理器1993年：英特尔奔腾(Pentium)处理器1995年：英特尔高能奔腾(Italium Pentium )处理器1997年：

16、英特尔奔腾II (Pentium II )处理器1998年：英特尔奔腾II至强(Xeon)处理器1999年：英特尔赛扬(Celeron )处理器1999年：英特尔奔腾III (Pentium III )处理器1999年：英特尔奔腾III至强(Pentium III Xeon )处理器2000年：英特尔奔腾4 ( Pentium 4 )处理器2001年：英特尔至强(Xeon)处理器2001年：英特尔安腾(Itanium )处理器2002 年：英特尔安腾 2 处理器(Itanium2 ) Intel Pentium 4 /Hyper Threading处理器2003年：英特尔奔腾 M (Penti

17、um M) /赛扬M (Celeron M )处理器2005 年：In tel Pen tium D 处理器2005 年：In tel Core 处理器2006年：Intel Core2 (酷睿2,俗称“扣肉”)/赛扬Duo处理器2007年：In tel四核心服务器用处理器2007年：Intel QX9770 四核至强45nm处理器2008年：In tel Atom 凌动处理器Intel TerraFlops80 核处理器2008年11月17日：英特尔发布core i7处理器2010年3月30日，Intel公司宣布推出Intel至强处理器7500系列2011年4月6日，In tel正式发布了基

18、于上代 Westmere架构的 Westmere-EX 基于新一代 Sandy Bridge 架构的 Sandy Bridge-EN，。2012年4月24日下午北京天文馆，intel正式发布了 ivy bridge（ IVB）处理器。三、In tel 与amd比较1、从单晶硅工艺上：INTEL: 0.09，AMD 0.132、 从流水线上：INTEL： 31级（主频高，发热量大，造成指令执行效率低）；AMD 20 级（频率提升有限，发热量相对较低，效率和频率是 2个不同的发展方向，主要看使用者的选 择了）3、 缓存：INTEL: 1级16K, 2级1M-2M（整数运算以及游戏性能没有 AMD勺

19、快但对于网络和多媒体（浮点运算）的应用比对手强）AMD 1级128K 2级：512K（整数运算快，游戏性能好，但对于多媒体的应用稍微逊色）4、 内存管理架够：INTEL采用由主板上的南北桥方式来管理，AMD是 CPU内部集成内存控 制器减少了 CPU与内存数据传输的延时，但 AMD集成内存架构不利于升级。5、指令集 INTEL: MM，SSE SSE2 SSE3 EM64T但64位指令对于现在新的 64位系统有兼容性的缺点。AMD 3DNOW+MMX SSE SSE2 SSE3 X86-646、 AMDt先进的K8架构，仅仅14级流水线，执行效率更高，而in tel的prescott核心 有3

20、1级。虽然有更高的频率，但这个频率是依靠高流水线。AMD英特尔CPU勺制造是两 种完全不同的技术，所以不能由主频来看 AMD勺性能！ AMD性价比是毫无质疑的.7、AMDcp中集成了内存控制器，这样可以大大减小延迟。&由于核心的问题，AMD功耗更小。9、AMD勺cpu价格便宜。但是，为了和Intel竞争，AM大幅地加大了 Cpu本身的晶体管数量，他付出比Intel多 3倍的晶体管在Cpu内部，尽管提高性能，但也就牺牲了部分的系统稳定性，增加了发热量。四、市场占有率2010年的全球微处理器市场营收同比增长 25雅V 400亿美元。英特尔在该市场中的份额达 到了 81%，相比2009年的80.6%

21、增长0.4个百分点；排在第二位的AMD去年份额为11.4%,相 比2009年的12.2%下降0.8个百分点。2011年Q4全球CPU市场营收额度达到109亿美元，相比2011年Q3增幅1.8%。 桌面处理器市场部分，英特尔的份额是 73.8%,提升1.7%; AM为26%下滑1.6%;移动处理器市场，英特尔占据83.8%，损失2.6%，同时AMD凭借着APU的问世获得了 16% 的市场份额，提升2.7%;服务器和工作站市场，英特尔依旧保持着主导地位，市场份额为94.5%,获得1.5%提升，AMD 5.5% 损失 1.5%2012年9月份的CPU市场上，品牌关注格局从整体来看比较稳定。依然是In

22、 tel领先，其本月的品牌关注比例为53.4%，市场关注份额超过了五成。AMD新动向今年10月份，在经过苦苦的等待之后，AMD终于正式发布了全新一代桌面版 APU代号为 Trinity 的新一代融合加速处理器在早些时候率先登陆移动平台， 而这一次它将代表着AMD勺 意志向桌面领域再次出击。去年年初，AMD发布了第一款融合加速处理器，为 PC处理器进行了重新定义：将 CPU与 GPU完美融合，以全新的协同工作、加速计算理念引领了硬件发展潮流。现如今新一代桌面级 APU终于发布，这一次它来势更加凶猛，经过一年半的锤炼，它拥有了全新武器，大幅提升了 自身效能并引入全新特性，可以预见到它会再次对PC硬件带来一番不小的震动。AM噺一代APU产品延续了前代产品