2011年cpu发展史
任何事物都会经历一个从发展到成长的过程。CPU能发展到今天这个规模和成就，其发展历史更是耐人寻味。作为电脑的“核心”，CPU也不例外。这篇文章让我进入了一个短暂却风雨飘摇的CPU开发过程。在这个回顾的过程中，我主要描述了两大CPU巨头——Intel和AMD的产品开发过程。对于其他CPU公司，如Cyrix和IDT，因为我们很少看到他们的产品，我就不赘述了，因为篇幅所限。'
一、X86时代的CPU
时间CPU名称
1971年4004
65438+i8086
1979 8088
1982 80286
1985 80386
1989 80486
1.CPU可以追溯到1971年。当年，还处于研发阶段的英特尔推出了全球首款微处理器4004。这不仅是第一个用于计算器的4位微处理器，也是第一个个人买得起的电脑处理器！！4004包含2300个晶体管，功能相当有限，速度还很慢。被当时的蓝色巨人IBM和大部分商业用户所不齿，但毕竟是划时代的产品。从那时起，英特尔就与微处理器结下了不解之缘。可以说，CPU的历史发展历程其实就是INTEL X86系列CPU的发展历程，我们将通过它展开我们的“CPU历史之旅”。
4004处理器
2.1978，Intel公司再次引领潮流，首次生产了一款16位的微处理器，命名为i8086，还生产了一款数学协处理器i8087。这两个芯片使用了兼容的指令集，但在i8087指令集上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。因为这些指令集应用于i8086和i8087，所以人们也称之为X86指令集。虽然英特尔生产了更先进、更快速的第二代、第三代等新CPU，但仍然兼容原有的X86指令，英特尔在命名后续CPU时沿用了原有的X86顺序，直到后来由于商标注册问题，放弃了继续用阿拉伯数字命名。至于后来发展起来的其他公司，比如AMD、Cyrix，486之前(含486)的CPU都是以自己的X86 CPU命名的，但是到了586的时候，市场竞争越来越激烈。由于商标注册问题，他们不能再使用与英特尔的X86 CPU相同或相似的命名，因此他们必须命名自己的586和686兼容CPU。
I8086处理器
3.1979年，INTEL推出8088芯片，仍然是16位微处理器，包含29000个晶体管，时钟频率4.77MHz，地址总线20位，可以使用1MB内存。8088的内部数据总线是16位，外部数据总线是8位，而它的兄弟8086是16位。1981 8088芯片首次用于IBM PC，开创了一个全新的微机时代。也是从8088年开始，PC(个人电脑)的概念开始在全世界发展。
8088处理器
4.1982当很多年轻读者还在襁褓中的时候，INTE已经推出了最新的划时代产品Zao 80286芯片，相比8006和8088有了很大的发展。虽然它仍然是16位结构，但它在CPU中包含了134，000个芯片。其内部和外部数据总线均为16位，地址总线为24位，可寻址16MB内存。从80286开始，CPU演变为两种工作模式:实模式和保护模式。
80286处理器
5.1985 INTEL推出了80386芯片，这是80X86系列的第一款32位微处理器，其制造工艺也有了很大的进步。与80286相比，80386包含275000个晶体管，时钟频率为12.5MHz，之后提升到20MHz、25MHz、33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，最高可寻址4GB内存。除了实模式和保护模式之外，它还增加了一种叫做虚拟86的工作模式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。除了标准的80386芯片，也就是我们之前常说的80386DX，出于不同的市场和应用考虑，INTEL还陆续推出了一些其他类型的80386芯片:80386SX、80386SL、80386DL等等。1988推出的80386SX是一款市场定位在80286和80386DX之间的芯片。与80386DX的区别在于外部数据总线和地址总线与80286相同，分别为16位和24位(即寻址能力为16MB)。1990推出的80386 SL和80386 DL是低功耗节能芯片，主要用于便携式电脑和节能台式机。80386 SL和80386 DL的区别在于，前者基于80386SX，后者基于80386DX，但两者都增加了新的工作模式:系统管理模式(SMM)。进入系统管理模式时，CPU会自动降低运行速度，控制显示屏、硬盘等部件停止工作，甚至停止运行，进入“睡眠”状态，达到节能的目的。
80386处理器
6.1989，众所周知的80486芯片是INTEL推出的。这款芯片的伟大之处在于，它实际上打破了1万个晶体管的界限，集成了1.2万个晶体管。80486的时钟频率从25MHz逐渐提高到33MHz和50MHz。80486将80386、数学协处理器80387和一个8KB缓存集成在一个芯片中，80X86系列首次采用RISC(精简指令集)技术，一个时钟周期可以执行一条指令。它还采用了突发总线模式，大大提高了与存储器的数据交换速度。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协处理器的80386DX高4倍。和80386一样，80486也有几种类型。上面介绍的原型号是80486DX。1990介绍了80486SX，是486型的低价机型。它和80486DX的区别在于它没有数学协处理器。80486 DX2从机采用时钟倍频技术，这意味着芯片内部的运行速度是外部总线的两倍，即内部芯片以两倍于系统时钟的速度运行，但仍以原来的时钟速度与外界通信。80486 DX2的内部时钟频率主要包括40MHz、50MHz和66MHz。80486 DX4也是一款采用时钟倍频技术的芯片，可以让其内部单元以两倍或三倍于外部总线的速度运行。为了支持这种提高的内部工作频率，其片内高速缓存扩展到16KB。80486 DX4的时钟频率为100MHz，比80486 DX2的66MHz快40%。80486还有SL增强型，有系统管理模式，用于便携式电脑或节能台式机。
I80486处理器
二、奔腾时代的CPU
平板阶段名称
飞速的开始
二、辉煌的开始——奔腾MMX:
三大优势的建立——奔腾ⅱ
第四，廉价高性能CPU的开端——赛扬
1，奔腾启动:
继承80486的巨大成功，赚了几倍钱的英特尔在1993推出了新一代高性能处理器——奔腾。随着CPU市场的竞争趋于越来越激烈，英特尔觉得AMD和其他公司不能再用同一个名字抢饭碗了，于是提出了商标注册。由于在美国法律中不能使用阿拉伯数字进行注册，所以英特尔玩了个花招，用拉丁文注册了商标。奔腾在拉丁文中是“五”的意思，英特尔也给它起了一个很好听的中文名字——奔腾。奔腾的厂商代码是P54C。奔腾的晶体管数量高达365，438+百万，时钟频率从60MHZ、66MHZ提升到200MHZ。只有66MHZ的奔腾原版微处理器，其运算性能比33MHZ的80486 DX高3倍以上，而100MHZ的奔腾比33MHZ的80486 DX快6到8倍。也就是从奔腾开始，我们都有超频，一个用尽可能少的钱换取尽可能多的性能的好方法。作为全球首款586级处理器，奔腾也是第一款超频最多的处理器。由于其出色的制造工艺，全系列CPU的浮点性能也是各种性能中最强的，超频性能最大，从而赢得了586级CPU的大部分市场。奔腾家族中的频率为60/66/75//90/100/120/133/150/166/200，而CPU内部频率为60 MHz-66 MHz。值得一提的是，从奔腾75开始，CPU的socket技术正式从之前的Socket4转变为同时支持Socket 5和Socket 7，其中Socket 7一直沿用至今。而且所有奔腾CPU都内置16K一级缓存，处理性能更加强大。
英特尔奔腾处理器
同时，AMD推出了K5系列CPU。(AMD也改名了！)有六个频率:75/90/100/120/133/16KB。内部总线的频率和奔腾差不多，都是60或者66MHz。虽然浮点运算不如奔腾，但K5系列CPU内置24KB。即便如此，由于k5系列的发货日期一拖再拖，AMD最终还是在“586”的竞争中败给了英特尔。而在PU市场的英特尔也没有停下脚步。当其他公司还在追赶他们的奔腾时，它在1996推出了最新一代的第六代X86系列CPU——P6。P6只是它的研究代号。上市后，P6有了一个非常响亮的名字——奔腾Pro。Pentimu Pro包含多达550万个晶体管，内部时钟频率为133MHZ，处理速度几乎是奔腾100MHZ的两倍。Pentimu Pro的一级(片内)缓存是8KB指令和8KB数据。
英特尔奔腾Pro处理器
值得注意的是，在Pentimu Pro的一个封装中，除了Pentimu Pro芯片之外，还有一个256KB的二级缓存芯片。两个芯片通过高带宽的内部通信总线互连，处理器和缓存之间的连接线也放在这个封装中，这样缓存可以更容易地以更高的频率运行。奔腾Pro 200MHZCPU的L2高速缓存运行在200MHZ，这意味着它的工作频率与处理器相同。这种设计使奔腾Pro达到了最高的性能。Pentimu Pro最引人注目的是它拥有一项名为“动态执行”的创新技术，这是奔腾突破超标量架构后的又一次飞跃。Pentimu Pro系列工作频率为150/166/180/200，一级缓存为16KB，前三者均有256KB二级缓存。至于主频200的CPU，有三个版本，不同的是它们的内置缓存分别是256KB。但由于当时缓存技术并不成熟，而且当时的缓存芯片非常昂贵，Pentimu Pro的性能虽然不错，但远没有被竞争对手甩在身后。此外，价格非常昂贵，Pentimu Pro实际一次性售出的数量最少，市场寿命非常短。Pentimu Pro可以说是英特尔第一款失败的产品。
2.辉煌的开始——奔腾MMX:
借鉴奔腾Pro的经验，英特尔在1996年底推出了一款改进版的奔腾系列，厂商代码为P55C，也就是我们通常所说的奔腾MMX。这款处理器当时并没有集成吃力不讨好的二级缓存，而是另辟蹊径，使用MMX技术来提升性能。
MMX技术是英特尔新发明的多媒体增强指令集技术，英文全称可翻译为“多媒体扩展指令集”。MMX是英特尔公司在1996中采用的一项新技术，用于增强奔腾CPU在音频、视频、图形和通信方面的应用。它给CPU增加了57条MMX指令。除了在指令集上增加MMX指令，还将CPU芯片中L1的缓存从原来的16KB增加到32KB(16K指寿命+65438)。MMX技术不仅是一项创新，也是CPU发展的新时代，后来的SSE，现在的3D！iso指令集也是从MMX发展而来的。
英特尔奔腾MMX处理器
在英特尔推出奔腾MMX几个月后，AM也推出了自己的新产品K6。K6系列CPU有五个频率，分别是:166/200/ 233/266/300。五款都是66外频，但是后来的233/266/300通过升级主板的BIOS可以支持100外频，所以CPU的性能有了飞跃。特别值得一提的是，他们的一级缓存已经增加到64KB，是MMX的两倍，因此其商业性能甚至优于奔腾MMX。然而，由于缺乏多媒体扩展指令集，K6的多媒体性能，包括游戏，不如奔腾MMX。
3、优势的建立——奔腾ⅱ:
1997年5月，英特尔推出了与奔腾Pro同级的产品，也就是最具影响力的CPU——奔腾II。第一代奔腾II的核心叫Klamath。作为奔腾二代的第一代芯片，运行在66MHz总线上，有233，266，300，333Mhz四个主频，然后推出了100Mhz总线的奔腾二代，频率有300，350，400，450Mhz。奔腾II采用了与奔腾Pro相同的内核结构，从而继承了原奔腾Pro处理器优秀的32位性能，但它加速了段寄存器的写操作，并增加了MMX指令集，以加快16位操作系统的执行速度。由于配备了可重命名的段寄存器，奔腾II可以推测性地执行写操作，并允许使用旧段值的指令与使用新段值的指令共存。在奔腾II中，英特尔改变了过去BiCMOS制造工艺笨拙而耗电的双极硬件，将750万个晶体管压缩到203平方毫米的管芯中。奔腾II只比奔腾Pro大6平方毫米，但比奔腾Pro多容纳200万个晶体管。由于扇栅尺寸只有0.28微米，这些晶体管的速度加快，从而达到X86前所未有的时钟速度。
英特尔奔腾ⅱ处理器
同时，AMD推出了K5系列CPU。(AMD也改名了！)有六个频率:75/90/100/120/133/16KB。内部总线的频率和奔腾差不多，都是60或者66MHz。虽然浮点运算不如奔腾，但K5系列CPU内置24KB。即便如此，由于k5系列的发货日期一拖再拖，AMD最终还是在“586”的竞争中败给了英特尔。
在接口技术方面，奔腾II为了击败英特尔的竞争对手，获得更大的内部总线带宽，首次采用了最新的solt1接口标准。它没有采用陶瓷封装，而是采用了金属外壳的印刷电路板，不仅集成了处理器组件，还包括32KB的一级缓存。如果要用单面插卡(也叫SEC卡)连接奔腾II处理器，只需要直接将印刷电路板(PCB)卡在SEC卡上即可。SEC卡的塑料包装外壳叫单面插卡盒，也叫SEC(单边接触卡脊)卡盒，上面有奔腾II的logo和奔腾II的彩色图像印象。在SEC卡盒中，处理器封装、L2缓存和TagRAM连接到一个底座(即SEC卡)，底座的一侧(包含处理器内核的一侧)提供有铝制散热器，另一侧用黑色塑料密封。奔腾CPU有一个32KB的片内L1缓存(16K指令/16K数据)；57 MMX指令；八个64位MMX寄存器。由750万个晶体管组成的核心部分是在203平方毫米的工艺中制造的。处理器固定在小型印刷电路板(PCB)上，对双向SMP具有良好的支持。至于L2缓存，有512K，属于四路级联片外同步突发SRAM缓存。这些高速缓存以核心处理器一半的速度运行(对于266MHz的CPU，速度为133MHz)。Pentium II的SEC卡设计用于插入1插槽(约为ISA插槽大小)。所有Slot1主板都有一个由两个塑料支架组成的固定装置。SEC卡可以从两个塑料支架之间滑入插槽1。将SEC卡插入到位后，可以将散热器连接到其铝制散热器上。266MHz的奔腾II只比200MHz的奔腾Pro略热(其功率分别为38.2瓦和37.9瓦)，但由于SEC卡的尺寸更大，奔腾II的散热槽几乎是Socket7或Socket8处理器所用散热槽的两倍。
除了通用的奔腾II，英特尔还推出了面向服务器和高端工作站的至强系列处理器，采用Slot 2 socket技术，32KB一级缓存，512KB和1MB二级缓存，双独立总线结构，100MHz系统总线，最多支持8个CPU。
英特尔奔腾ⅱ至强处理器
4、廉价高性能CPU的开端——赛扬:
以前个人电脑是比较奢侈的产品，CPU作为电脑的核心部件，价格也差不多1000元。然而，随着时代的发展，大量用户迫切需要廉价的家用电脑，对廉价CPU的需求也急剧增加。
在奔腾二代再次成功之际，英特尔的头脑开始有点发热，有些飘飘然，把全部力量都集中到了高端市场上，从而给AMD、CYRIX等公司创造了很多可乘之机。看到性价比不如他们竞争对手的产品，低端市场一次次被蚕食，英特尔不能眼睁睁看着自己的福地落入别人手中，它又推出了1998的新低端市场。
早期插槽1插槽赛扬处理器
赛扬可以说是英特尔为了抢占低端市场而特别推出的。当时65，438+0，000美元以下PC的普及，让AMD等中小公司在与英特尔的斗争中打了一个漂亮的翻身仗，也让英特尔如芒刺在背。于是，英特尔把奔腾二的二级缓存和相关电路拔了，去掉了塑料盒子，改了名字，叫赛扬。中文名字叫赛扬处理器。最初的赛扬采用0.35微米工艺制造，外频66MHz，主频266和300两种。然后是采用0.25微米制造工艺的Celeron333。
然而，在初期，赛扬并不是很受欢迎，最受批评的是它去掉了芯片上的L2缓存。自从它在奔腾二代尝到甜头，大家就知道了L2缓存的重要性，于是认为赛扬其实是个被阉割的产品，性能肯定不好。这一思想在实际应用中也得到了证实。Celeron266安装在技嘉BX主板上，性能比PII266下降25%以上！最大的区别就是经常需要使用二级缓存的程序。
英特尔很快了解到这种情况，所以它即兴推出了128KB L2高速缓存的赛扬，起始频率为300Mhz。为了和没有L2缓存的同频赛扬区别，命名为赛扬300A。对电脑有一定使用历史的朋友可能对这个CPU记忆犹新。它的集成二级缓存容量只有128KB，但是和CPU频率同步，而奔腾II只有CPU频率的一半，所以赛扬300A的性能和同频率的奔腾II非常接近。更吸引人的是，这款CPU的超频性能极其出色，大部分都能轻松达到450Mhz的频率。要知道当时最高频率的奔腾II也就这个频率，价格是赛扬300A A的好几倍，这个系列的赛扬有很多型号，最高频率已经高达566MHz，被奔腾III结构的第二代赛扬取代。
为了降低成本，赛扬从赛扬300A开始重新回到Socket插座的怀抱，但是没有使用奔腾MMX的Socket7，而是采用Socket370插座模式，通过370针与主板连接。此后Socket370成为赛扬的标准插座结构，频率为1.2Ghz的赛扬CPU仍然使用这种插座。
5、世纪末的荣耀——奔腾III:
1999年初，英特尔发布了第三代奔腾III处理器。第一批奔腾III处理器采用了Katmai内核，主频450 MHz和500Mhz。这个内核最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集，它在MMX的基础上增加了70条新指令，以增强三维和浮点应用，并兼容以前所有的MMX程序。
不过平心而论，除了上面提到的SSE指令集，Katmai内核的Pentium III也没什么吸引人的地方。它仍然基本保留了奔腾II的架构，采用0.25微米工艺，100Mhz外频，Slot1架构，512KB二级缓存(运行速度是CPU的一半)，所以性能提升不大。然而奔腾III刚上市的时候，就掀起了一股热潮。曾经有人以一万多元的高价买了第一批奔腾三。
第一代奔腾III处理器(Katmai)
可以大幅提升，从500Mhz提升到1.13Ghz，超频性能大幅提升，幅度可以达到50%以上。此外，其二级缓存也与CPU主频同步，但容量降为256KB。
第二代奔腾III处理器(铜矿)
除了制造工艺带来的提升，部分Coppermine Pentium III还有133Mhz的总线频率和Socket370。为了区分它们，Intel在133Mhz总线的奔腾III型号后面加了一个“B”，在Socket370插座后面加了一个“E”，比如频率为550EBMhz，外部频率为133Mhz。
看到采用Coppermine内核的奔腾III大受欢迎，英特尔开始将赛扬处理器换成这种内核。2000年年中，推出了Coppermine128内核的赛扬处理器，俗称Celeron2。由于切换到0.18工艺，赛扬的超频性能又有了一个飞跃，超频范围可以达到1000。
第二代赛扬(Coppermine128核)处理器