CPU的发展历程和发展现状.docx

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CPU的发展历程和发展现状

CPU的发展历程和发展现状

1.发展历程

1.1X86时代的CPU

CPU的溯源可以一直去到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，同时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，但在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指令。

由于这些指令集应用于i8086和i8087，所以人们也这些指令集统一称之为X86指令集。

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IBMPC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。

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枣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。

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。

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。

1.2Intel80286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。

80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。

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能力。

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。

80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，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。

1.3Pentium的来历

在286、386、486这些产品深入人心后，1992年10月20日，在纽约第十届PC用户大会上，葛洛夫正式宣布Intel第五代处理器被命名Pentium，而不是586，出乎许多人预料。

值得注意的是在PentimuPro的一个封装中除PentimuPro芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片，两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。

奔腾Pro200MHZCPU的L2CACHE就是运行在200MHZ，也就是工作在与处理器相同的频率上。

这样的设计领奔腾Pro达到了最高的性能。

而PentimuPro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，这是继奔腾在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。

PentimuPro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PentimuPro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PentimuPro实际上出售的数目非常至少，市场生命也非常的短，PentimuPro可以说是Intel第一个失败的产品。

1.4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技术是INTEL最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集”。

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，为CPU增加了57条MMX指令，除了指令集中增加MMX指令外，还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB（16K指命+16K数据），因此MMXCPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时，处理多媒体的能力上提高了60％左右。

MMX技术不但是一个创新，而且还开创了CPU开发的新纪元，后来的SSE，3DNOW！

等指令集也是从MMX发展演变过来的。

1.5优势的确立——奔腾Ⅱ：

在接口技术方面，为了击跨INTEL的竞争对手，以及获得更加大的内部总线带宽，奔腾Ⅱ首次采用了最新的solt1接口标准，它不再用陶瓷封装，而是采用了一块带金属外壳的印刷电路板，该印刷电路板不但集成了处理器部件，而且还包括32KB的一级缓存。

如要将奔腾Ⅱ处理器与单边插接卡（也称SEC卡）相连，只需将该印刷电路板（PCB）直接卡在SEC卡上。

SEC卡的塑料封装外壳称为单边插接卡盒，也称SEC（Single-edgecontactCartridge）卡盒，其上带有奔腾Ⅱ的标志和奔腾Ⅱ印模的彩色图像。

在SEC卡盒中，处理器封装与L2高速缓存和TagRAM均被接在一个底座（即SEC卡）上，而该底座的一边（容纳处理器核心的那一边）安装有一个铝制散热片，另一边则用黑塑料封起来。

除了用于普通用途的奔腾Ⅱ之外，Intel还推出了用于服务器和高端工作站的Xeon系列处理器采用了Slot2插口技术，32KB一级高速缓存，512KB及1MB的二级高速缓存，双重独立总线结构，100MHz系统总线，支持多达8个CPU。

1.6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。

除了制程带来的改进以外，部分Coppermine奔腾III还具备了133Mhz的总线频率和Socket370的插座，为了区分它们，Intel在133Mhz总线的奔腾III型号后面加了个“B”,Socket370插座后面加了个“E”，例如频率为550Mhz，外频为133Mhz的Socket370奔腾III就被称为550EB。

1.7AMD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（Level1）及256K的第二层高速缓存（Level2），主板上则配置第三级高速缓存（Level3）。

K6-3处理器还支持增强型的3DNow！

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（3WaySuperScalarRisccore），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。

Athlon内建128KB全速高速缓存（L1Cache），芯片外部则是1／2时频率、512KB容量的二级高速缓存（L2Cache），最多可支持到8MB的L2Cache，大的缓存可进一步提高服务器系统所需要的庞大数据吞吐量。

1.8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PentiumⅡ和Celeron、Tunderbird核心Athlon、AthlonXP和Duron等处理器，竞争日益激烈。

①在Intel方面，在上个世纪末的2000年11月，Intel发布了旗下第四代的Pentium处理器，也就是我们天天都能接触到的Pentium4。

Pentium4没有沿用PIII的架构，而是采用了全新的设计，包括等效于的400MHz前端总线（100x4）,SSE2指令集，256K-512KB的二级缓存，全新的超管线技术及NetBurst架构，起步频率为1.3GHz。

在低端CPU方面，Intel发布了第三代的Celeron核心，代号为Tualatin，这个核心也转用了0.13微米的工艺，与此同时二级缓存的容量提高到256KB，外频也提高到100Mhz，目前TualatinCeleron的主频有1.0、1.1、1.2、1.3Ghz等型号。

Intel也推出了Tualatin核心的奔腾III，集成了更大的512KB二级缓存，但它们只应用于服务器和笔记本电脑市场，在台式机市场很少能看到。

②在AMD方面，在2000年中发布了第二个Athlon核心——Tunderbird，这个核心的Athlon有以下的改进，首先是制造工艺改进为0.18微米，其次是安装界面改为了SocketA，这是一种类似于Socket370，但针脚数为462的安装接口。

最后是二级缓存改为256KB，但速度和CPU同步，与Coppermine核心的奔腾III一样。

在低端CPU方面，AMD推出了DuronCPU，它的基本架构和Athlon一样，只是二级缓存只有64KB。

2.国内外CPU现状

据中科院计算所介绍，“十一五”计划期间，中科院计算所将研制多核的龙芯3号，可用来研制生产高性能的计算机和服务器，进一步缩小与国外先进水平的差距。

现在龙芯系列研发和推广的重点依然是龙芯2号产品，与此同时也末放弃龙芯1号和3号的继续研发，龙芯家族的各号产品嵌入式系统（龙芯1号）、PC机（龙芯2号）和服务器（龙芯3号）研发将齐头并进。

面对中国这个潜力广阔的大市场，龙芯还有很长的一段路要走，合理地找准市场地位，如何发挥其产品的技术优势并加大应用推广的力度，是目前龙芯处理所需要做的。

目前单核心处理器已经走到尽头，在国外双核心被Intel和AMD确定为下步发展项目。

双核处理器的应用环境已经颇为成熟，大多数操作系统已经支持并行处理，许多新或即将发布的应用软件都对并行技术提供了支持，双核处理器一旦上市，系统性能的提升将能得到迅速的提升，整个软件市场其实已经为多核心处理器架构提供了充分的准备。

在单一处理器上安置两个或更多强大的计算核心的创举开拓了一个全新的充满可能性的世界。

多核心处理器可以为战胜今天的处理器设计挑战提供一种立竿见影、经济有效的技术———降低随着单核心处理器的频率（即“时钟速度”）的不断上升而增高的热量和功耗。

3.当前流行CPU

3.1IntelCorei32100

一直以来，英特尔酷睿i3系列处理器一直是主流价位攒机的首选产品，直至今天依然是这样。

随着第二代酷睿处理器的发布，全新一代的酷睿i3-2100处理器也已经来到我们身边，并且通过逐步的价格调整，成为用户心中的首选。

第二代智能酷睿i3系列处理器不仅目前价格已经逐渐调整到合理价位，更加值得一提的是，这款处理器采用了全新的制程工艺，性能更加出色，功耗更低！

3.2IntelCorei52500K

IntelCorei52500K是第二代智能酷睿家族中的高端型号，属于解锁版，CPU部分采用原生四核设计，不支持超线程技术，默认主频为3.3GHz，通过睿频加速技术2.0可加速到3.7GHz。

它采用三级缓存设计，每个核心拥有独立的一、二级缓存，分别为64KB和256KB，四个核心共享6MB三级缓存。

3.3Intel酷睿i72600K

Intel酷睿i72600K（盒）采用全新的32nm制程，基于四核八线程设计，默认主频为3.4GHz，在第二代睿频技术的支持下，可以最高自动超频至3.8GHz，此外，它还是不锁倍频的“K”系列处理器，可以轻松提升处理器的倍频来实现更高频率，拥有1MB二级缓存和高达8MB的L3高速智能缓存，另外，Intel酷睿i72600K（盒）内部还融合了采用32nm制程的HDGraphics3000显示核心，默认频率为850MHz，根据负载情况可以动态调至最高1350MHz。