CPU的发展历程和趋势

1、CPU的开展历程和趋势文计081-2 班 李香202290513216 号CPU是Central ProcessingUnit中央微处理器的缩写,它是计算机中最重要的一个部分,由运算器和限制器组成.它的开展非常迅速,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PentiumM 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 .CPU的内部结构归纳起来可分为限制单元、逻辑单

2、元和存储单元三大局部,这三个局部相互协调,对命令和数据进行分析、判 断、运算并限制计算机各局部协调工作. 根据其处理信息的字长,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. In tel 8086/8088: 1978年英特尔公司生产的 8086是第一个16位的微处理器.8086微处理器最高主频速度为8MHz ,具有16位数据通道,内存寻址水平为1MB.1979年,英特尔公司又开发出了 8088.8086和8088在芯片内部均采用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

3、周期只采用8位.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良,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8088芯片 首次用于 旧MPC机中,开创了全新的微机时代.最早的 i8086/8088 是采用双 列宜插DIP形式封装,从i80286开始采用方形BGA扁平封装焊接,从i80386开 始到

4、Pentiumpro 开始采用方形 PGA 插脚,1982年,INTEL推出了 80286芯片,该芯 片含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提升到20MHz .其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存.Intel 80286 : 1982年,英特尔公司在 8086的根底上研制出了 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 寻址水平为16MB. 80286可工作于两种方式,一种叫卖模式,另一种叫保护方式.80286集成了大约130000个晶体管.8086 ? 80286这个时

5、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的东西.到九十年代初,国内才开始普及计算机.它除具有实模式和保护模式外,还增加了一种叫虚拟 86的工作方式,可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务水平.Intel 80386 : 1985年10月17日,英特尔划时代的产品 一一80386DX 正式发布, 具内部 包含27.5万个晶体管,时钟频率为 12.5MHz ,后逐步提升到 20MHz、25MHz、33MHz , 最后还有少M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,并可以治理

6、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微处理器来提供任务水平.80386最经典的产品为80386DX 33MHz ,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,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,但配上80387协处理器,80386就可以顺利完成许多需要大M浮点运算的任务,从而 顺利进入了主流的商用电脑市场.1990年推出的80386SL和 80386DL都是低功 耗、节能型芯片,主要用于便携机和节能型台式机.803

7、86SL与80386DL的不同 在于前者是基于80386SX的,后者是基于80386DX的,但两者皆增加了一种新 的工作方 式：系统治理方式SMM .当进入系统治理方式后,CPU就自动降低运 行速度、限制显 示屏和硬盘等其它部件暂停工作,甚至停止运行,进入"休眠"状态,以到达节能目的.In tel 80486 : 1989年INTEL推出了 80486芯片,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逐步提升到33MHz、 40MHz、50MHz.

8、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.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,大大提升了与内存的数据交换速度.由于这些改良,80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提升了 4 倍.Intel Pentium : 1993年,全面超越486的新一代586 CPU问世,为了摆脱486时代微处 理器名称混乱的困扰,英特尔

9、公司把自己的新一代产品命名为Pen tium 奔腾以区别AMD和Cyrix的产品.AMD和Cyrix也分别推出了 K5和6x86微处理 器来对 付芯片巨人,但是由于奔腾微处理器的性能最正确,英特尔逐渐占据了大部分市场.Pentium最初级的CPU是Pentium 60 和Pentium 66,分别工作在与系统 总线频率相同的60MHz和 66MHz两种频率下,早期的奔腾 75MHz ? 120MHz使用0.5微米的制造工艺,后期 120MHz频率以上的奔腾那么改用0.35微米工艺.经 典奔腾的性能相当平均,整数运算和浮点运算都不错.PENTIUM含有310万个晶体管,时钟频率最初为 60MHZ

10、 和66MHz ,后提升至 U 200MHZ.66MHZ 的 PENTIUM 微处理器的性能比 33MHZ 的80486DX 提升了 3倍多,而100MHz 的PENTIUM 那么比33MHZ 的80486DX 快6至8倍.In tel Pe ntium Pro : PENTIUM引起的袤动尚未结束,INTEL公司又推出了新一代 微处理 器-P6. P6含有550万个晶体管,时钟频率为 133MHz ,处理速度几乎是100MHz的 PENTIUM的2倍.P6的一级片内缓存为8KB指令和8KB数据.值 得注意的是在P6的 一个封装中除P6芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯 片,两个芯片之间

11、用高频宽的 内部通讯总线互连.P6最引人注目的是具有一项称为"动态执行"的创新技术,这是继PENTIUM在超标M体系结构上实现实破之后的又一次飞跃.这是第一代产品,二级 Cache有256KB或512KB ,最大有1MB的二级Cache工作频 率有：133/66MHZ工程样品,150/60MHz 、 166/66MHz 、 180/60MHz 、200/66MHz .In tel Pe ntium n : 1998年7月,In tel推出了用于效劳器和工作站的Pe ntiumll至强 器PentiumllXeon .Pentiumn中文名称叫奔腾二代它采用新的P6微处理器结

12、构,0.25微米制造,最低主频400MHz,内部带有512K或1M二级高速缓存.PentiumII至强使用的是330线的SLOT2插槽,使L2高速缓存与CPU主频同步 运行,系 统性能有很大的提升,当然,体积也比SLOT1的PentiumIl稍大.它有Klamath、Deschutes Mendocino 、Katmai等几种不同核心结构的系列产品,其中 第一代 采用Klamath核心,0.35微米工艺制造,内部集成 750万个晶体管,核心 工作电压为 2.8V.Pentiumn微处理器采用了双重独立总线结构,使用了一种脱离芯片的外部高速L2Cache,容M为512KB ,并以CPU主频的一半

13、速度运行.英特尔将Pentium n 的L1 Cache从16KB增至32KB.1998年4月16日,英特尔 第一个支持100MHz额定外频的、代号 为Deschutes的350、400MHz CPU 正式推出.采用新核心的 Pentium n 微处理器不但外 频提升至100MHz ,而且它们采用0.25微米工艺制造,其核心工作电压也 由2.8V降至 2.0V, L1 Cache 和 L2 Cache 分别是 32KB、512KB.支持芯片组主 要是 In tel 的 440BX.In tel Pe ntiumM : 1999年2月26日春节刚过,英特尔公司就发布了采用Katmai核心的新一代

14、微处理器 一 Pentiumm ,打响了 1999年CPU大战的第一枪.Pentiumlll 的内核和Pentiumll 大致一样,只有新增加了 70条SSE StreamingSIMDExtensions单指令对数据流扩展指令集,使 CPU的浮点运算水平得到增强,提升了 CPU对浮点运算密集型应用程序的执行效率.处理器除采用0.25微米工艺制造,内部集成950万个晶体管,Slot 1架构,此外目前的PentiumHI主频为450MH和 500MHz,0.25 微米工艺制造,32K 一级高速缓存,512K二级高速缓存同样以 CPU主频的 一半运行,核心电压2.0V,仍然使用Slot1插槽.需要

15、注意的是,目前支持SSE指令集的软件还很少,不能表达出SSE指令的优势,随着各大软件厂商对SSE指令的支持,Pentiumlll的性能将会 有更大的提高,并新增加了能够增强音频、视频和3D图形效果的SSE Streaming SIMD Extensions数据流单指令多数据扩展指令集,共70条新指 令.两家世界上最大的处理器制造厂 AMD和In tel曾都遇到一个难题,那就是 频率频率作为衡 M处理器好坏的标准已经成为了大多数人的定论.低频率就代表着一颗处理器性能的滞后.在设计者提升处理器内部进程的数M、增加缓存容M等方法纷纷用尽以后,似乎残酷的现实告诉设计者们：单核心处理器已经走到尽 头.双

16、核心被Intel和AMD确定为下步发 展工程也就缺乏为奇了.AMD和In tel的双核技术在物理结构上也有很大不同之处.AMD将两个内核做在一个Die 内核上,通过宜连架构连接起来,集成度更高.In tel那么是采用两个独立的 内核 封装在一起,因此有人将In tel的方案称为 双芯认为AMD的方案才是真正 的双核从用 尸端的角度来看,AMD的方案能够使双核CPU的管脚、功耗等指 标跟单核CPU保持一致,从 单核升级到双核,不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板,只需要刷新BIOS软件即可,这对于主板厂商、计算机厂商和最终用尸的投资保护是非常有利的.由此看来,在多核处理器市场上,AMD在对客尸的理解和对 输出最符合客尸需求的产品方面的理念