CPU發展簡介

2021-03-04 03:59:28 字數 4865 閱讀 8096

cpu作為計算機的核心部件,一台計算機的效能很大程度上決定於cpu的效能。

近幾十年以來,計算機技術的發展速度可謂日新月異,尤其是cpu技術的發展。英特爾(intel)創始人之一戈登·摩爾(gordon moore)早在2023年就提出了摩爾定律:積體電路上可容納的電晶體數目,約每隔18個月便會增加一倍,效能也將提公升一倍,而**則保持不變。

因此可以說,每一美元所能買到的計算機效能,將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了資訊科技進步的神速,而且該定律一直被證明是對的,近幾年來這個週期更是從18個月變成了12個月。

2023年 intel 4004

2023年,gordon moore、andy s.grove和bob noyee離開了仙童(fairchild)公司,創立了intel公司。2023年intel公司應日本計算器製造商buse***公司的委託,於1971開發出4位的4004微處理器並在年底投入全球市場,成為了世界上第一款商用cpu。

這款處理器差不多整合了2300個電晶體,以10微公尺的技術製造,可以執行46個簡單指令,主頻僅為108khz,但當時的售價達到了299美元。

2023年 intel 8086

intel在2023年推出了16位的微處理器8086,資料匯流排和記憶體的頻寬都為16位,最大定址空間為1024kb,時鐘頻率為4.77mhz,隨後還推出了8mhz和10mhz兩個版本的晶元。與此同時還生產出與之相配合的數學協處理器8087,這兩種晶元使用相互相容的指令集,但在8087指令集中增加了一些專門用於對數、指數和三角函式等數學計算指令,這就是著名的x86指令集,一直沿用至今。

2023年 intel 8088

2023年,intel公司推出了8088晶元,它仍舊是屬於16位微處理器,內含29000個電晶體,時鐘頻率為4.77mhz,位址匯流排為20位,可使用1mb記憶體。8088內部資料匯流排都是16位,外部資料匯流排是8位,而它的兄弟8086是16位。

2023年8088晶元首次用於ibm pc機中,開創了全新的微機時代。也正是從8088開始,pc(個人電腦)的概念開始在全世界範圍內發展起來。

2023年 intel 80186

2023年誕生了80186,它本身也是16位晶元,只是比8086增加了一些新指令,運算速度也加快了許多。所以人們經常把80186看作較快的8086。可惜80186的中斷控制器與當時ibm pc所規定的標準並不相容,導致了80186的電腦與ibm pc很難完美配合。

2023年 intel 80286

intel在2023年推出了新一代微處理器80286。它比8086和8088都有了飛躍的發展,只不過仍舊是16位處理器。80286整合了13.

4萬個電晶體,時鐘頻率從最初的6mhz逐步提高到20mhz,內外部資料匯流排皆為16位,位址匯流排24位,可定址16 mb的記憶體。286還採用了許多大型計算機cpu的技術,是當時第一顆具有多工切換、記憶體分段保護和虛擬記憶體功能的16位處理器。從80286開始,cpu的工作方式也演變出兩種來:

實模式和保護模式。

2023年 intel 80386

2023年,intel推出80386。intel為了加快研發速度採用了cad技術來繪製晶元電路圖,並且把原計畫中要內建的cache移去。80386採用2微公尺技術製造,內部暫存器和外部資料匯流排都是32位,最大記憶體定址空間為4096mb,時鐘頻率從16mhz開始,最高為40mhz。

2023年 intel 80486

2023年春季電腦展示會前夕,intel推出新一代cpu——80486。80486整合了120萬個電晶體,並採用1微公尺的工藝製造。486的指令集與傳統的8/16/32位的x86 cisc架構的cpu保持相容,在內部有8kb的cache,還有浮點運算單元fpu。

在486推出以後,cpu的核心架構向兩個方向發展。一是超標量(superscalar)架構,也就是cpu在乙個時鐘週期下執行兩個或兩個以上的指令。二是平行對稱處理(symetric multi processing),就是用兩個、四個、八個或者更多的cpu組成系統,搭配特定的作業系統和應用程式。

這兩個方向使電腦的發展進入了乙個新的紀元。

90年代 amd, cyrix 4x86

從90年代起,生產x86系列處理器的公司除了intel之外,還有amd(超微)公司和cyrix公司,它們生產相容x86的處理器,同樣命名為「386」和「486」,但**比intel公司的低得多,當時人們也不管是誰生產的,只要是386或486cpu拿來就用,這也為amd和cyrix提供了不小的生存空間。隨著amd和cyrix的這種做法不斷蠶食intel的市場,intel再也坐不住了。intel要求相容其x86的cpu不得使用x86名稱,但聯邦法院做出的判決確是「x86晶元相容的cpu廠商仍可以在它們的產品上使用x86名稱」。

此後的一段時間,amd和cyrix生產的386和486處理器數量居然超過了intel公司,並藉此瓜分了不少的cpu市場份額,在90年代中期,形成了intel、amd和cyrix三足鼎立的局面。

2023年 intel pentium(奔騰)第一代,amd, cyrix 5x86

2023年,intel推出了新一代cpu——pentium。intel公司覺得不能再讓amd和其他公司用同樣的名字來搶占自己的市場了,於是提出了商標註冊,由於在美國的法律裡面是不能用阿拉伯數字註冊的,於是intel用拉丁文去註冊商標,pentium在拉丁文裡面就是「五」的意思。pentium整合了310萬個電晶體,內部具有兩個整數運算單元,乙個高效、管線化的浮點運算單元,加上16kb的內建高速回寫式cache。

pentium最快可以在乙個時鐘週期內執行兩個一般指令或整數運算,也可以是乙個整數、乙個浮點運算指令。這種超標量設計在當時可謂是經典之作。該cpu採用0.

8微公尺技術製造,核心電壓為5伏。而核心電壓降到3.3伏。

最初的pentium的主頻為50mhz,其後intel發布了55mhz、60mhz、65mhz、70mhz、75mhz的pentium,然後直接跳到90mhz、100mhz、120mhz、133mhz,其中最後一款產品是當時人們夢寐以求的,但由於較高的**使一般人無法擁有。也只有在擁有它的機器上才可以不用解壓卡而比較完美地**vcd。

與此同時,amd和cyrix公司針對intel的pentium推出了5x86,讓人感覺這是可與pentium媲美的、80486後的新一代cpu產品。但事實上,5x86只是486的增強版,從各個方面來看,它都無法達到pentium的效能。不過,由於5x86的**比pentium便宜得多,而且可以安裝在原有486的主機板上,因此,5x86也在當時的cpu市場上占有一定份額。

然而,5x86畢竟只是80486與pentium之間的過渡性產品,面對激烈競爭的cpu市場,amd和cyrix兩家公司不再單純複製intel的產品,而將注意力轉向晶元的原始設計。

2023年 cyrix 6x86

2023年,cyrix推出的6x86,cyrix公司的6x86cpu提供兩個流水線,每個流水線為七級,與intel pentium的兩個五級流水線相比,它採用了多種措施改進流水線,例如將指令結果同時提供給兩個流水線以減少延時,具有更好的分支**和亂序執行功能。cyrix推出的6x86是市場上第乙個與intel pentium競爭的cpu。但在浮點運算及多**效能方面,6x86與pentium仍然有較大差距,所以只能用於部署低端市場。

2023年 intel pentium pro, amd k5

2023年amd公司推出了新的cpu——k5。k5具有6條流水線,能夠將解碼和執行功能分開。它有六個功能單元:

乙個分支單元、兩個載入/儲存單元、乙個浮點單元、兩個算術邏輯單元。k5的頻率一共有六種:75/90/100/120/133/166mhz,內部匯流排的頻率和奔騰差不多,都是66mhz。

雖然k5在浮點運算方面不及pentium,但是由於k5內建了24kb的一級快取,比pentium內建的16kb一級快取多出了一半,因此在整數運算和系統整體效能方面甚至要高於同頻率的奔騰。然而,由於k5系列的交付日期一拖再拖,amd公司在「586」級別的競爭中最終還是敗給了intel。

面對amd和cyrix咄咄逼人的氣勢,intel在2023年底推出了pentium pro,該處理器整合了550萬個電晶體,在很多方面對pentium進行了改進。在處理方面,pentium pro引入了新的指令執行方式,其內部核心是pisc處理器,因而執行速度更快;pentium pro具有3個流水線,每個流水線達到14級,指令執行速度明顯提高;當時計算機系統的瓶頸之一是主機板上的二級快取只能與匯流排同步工作,pentium pro採用將256k二級快取封裝在晶元核心與cpu同頻執行解決了這個問題。不過由於當時快取技術還沒有成熟,加上快取晶元還非常昂貴,因此儘管pentimu pro效能不錯,但遠沒有達到拋離對手的程度,加上**十分昂貴,pentimu pro實際上銷售量很少,市場生存期也非常的短,pentimu pro可以說是intel的第乙個失敗產品。

2023年 intel pentium mmx、amd k6、cyrix 6x86mx、cyrix m2、intel pentium ii、xeon

2023年1月,intel公司推出了pentium mmx晶元,它在x86指令集的基礎上加入了57條多**指令。這些指令專門用來處理**、音訊和影象資料,使cpu在多**操作上具有更強大的處理能力,pentium mmx還使用了許多新技術。單指令多資料流simd技術能夠用乙個指令並行處理多個資料,縮短了cpu在處理**、音訊、圖形和動畫時用於運算的時間;流水線從5級增加到6級,一級快取擴充為16k,乙個用於資料快取,另乙個用於指令快取,因而速度大大加快;pentium mmx還吸收了其他cpu的優秀處理技術,如分支**技術和返回堆疊技術,它可以在支援mmx的軟體上把速度提高50%。

也使人們真正的認識到了多**計算機。

amd k6

2023年4月amd推出了k6(代號little foot)處理器,k6整合了880萬個電晶體,加入了mmx指令集,包含兩個32kb的一級快取單元(32kb指令快取和32kb資料快取),除了浮點運算能力略低於pentium mmx外,k6在其他效能上都勝過pentium mmx,而且在許多方面已與後來的pentium ii相差無幾,而k6的**比這兩款處理器都低。因此,k6在當時在低端市場搶占了不少的市場份額。這也是amd與intel的競爭中第一次嚐到甜頭。

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