CPU詳細介紹

2021-03-03 20:40:30 字數 4397 閱讀 8718

cpu是central processing unit(**微處理器)的縮寫,它是計算機中最重要的乙個部分,由運算器和控制器組成。如果把計算機比作人,那麼cpu就是人的大腦。cpu的發展非常迅速,個人電腦從8088(xt)發展到現在的pentium 4時代,只經過了不到二十年的時間。

從生產技術來說,最初的8088整合了29000個電晶體,而pentiumⅲ的整合度超過了2810萬個電晶體;cpu的執行速度,以mips(百萬個指令每秒)為單位,8088是0.75mips,到高能奔騰時已超過了1000mips。不管什麼樣的cpu,其內部結構歸納起來都可以分為控制單元、邏輯單元和儲存單元三大部分,這三個部分相互協調,對命令和資料進行分析、判斷、運算並控制計算機各部分協調工作。

cpu從最初發展至今已經有二十多年的歷史了,這期間,按照其處理資訊的字長,cpu可以分為:4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及正在醞釀構建的64位微處理器,可以說個人電腦的發展是隨著cpu的發展而前進的。

intel 4004

2023年,英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004,這是第乙個可用於微型計算機的四位微處理器,它包含2300個電晶體。隨後英特爾又推出了8008,由於運算效能很差,其市場反應十分不理想。2023年,8008發展成8080,成為第二代微處理器。

8080作為代替電子邏輯電路的器件被用於各種應用電路和裝置中,如果沒有微處理器,這些應用就無法實現。

由於微處理器可用來完成很多以前需要用較大裝置完成的計算任務,**又便宜,於是各半導體公司開始競相生產微處理器晶元。zilog公司生產了8080的增強型z80,摩托羅拉公司生產了6800,英特爾公司於2023年又生產了增強型8085,但這些晶元基本沒有改變8080的基本特點,都屬於第二代微處理器。它們均採用nmos工藝,整合度約9000只電晶體,平均指令執行時間為1μs~2μs,採用組合語言、basic、fortran程式設計,使用單使用者作業系統。

intel 8086

2023年英特爾公司生產的8086是第乙個16位的微處理器。很快zilog公司和摩托羅拉公司也宣布計畫生產z8000和68000。這就是第三代微處理器的起點。

8086微處理器最高主頻速度為8mhz,具有16位資料通道,記憶體定址能力為1mb。同時英特爾還生產出與之相配合的數學協處理器i8087,這兩種晶元使用相互相容的指令集,但i8087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的指令。人們將這些指令集統一稱之為 x86指令集。

雖然以後英特爾又陸續生產出第二代、第三代等更先進和更快的新型cpu,但都仍然相容原來的x86指令,而且英特爾在後續cpu的命名上沿用了原先的x86序列,直到後來因商標註冊問題,才放棄了繼續用阿拉伯數字命名。

2023年,英特爾公司又開發出了8088。8086和8088在晶元內部均採用16位資料傳輸,所以都稱為16位微處理器,但8086每週期能傳送或接收16位資料,而8088每週期只採用8位。因為最初的大部分裝置和晶元是8位的,而8088的外部8位資料傳送、接收能與這些裝置相相容。

8088採用40針的dip封裝,工作頻率為6.66mhz、7.16mhz或8mhz,微處理器整合了大約29000個電晶體。

8086和8088問世後不久,英特爾公司就開始對他們進行改進,他們將更多功能整合在晶元上,這樣就誕生了80186和80188。這兩款微處理器內部均以16位工作,在外部輸入輸出上80186採用16位,而80188和8088一樣是採用8位工作。

2023年,美國ibm公司將8088晶元用於其研製的pc機中,從而開創了全新的微機時代。也正是從8088開始,個人電腦(pc)的概念開始在全世界範圍內發展起來。從8088應用到ibm pc機上開始,個人電腦真正走進了人們的工作和生活之中,它也標誌著乙個新時代的開始。

intel 80286

2023年,英特爾公司在8086的基礎上,研製出了80286微處理器,該微處理器的最大主頻為20mhz,內、外部資料傳輸均為16位,使用24位記憶體儲器的定址,記憶體定址能力為16mb。80286可工作於兩種方式,一種叫實模式,另一種叫保護方式。

在實模式下,微處理器可以訪問的記憶體總量限制在1兆位元組;而在保護方式之下,80286可直接訪問16兆位元組的記憶體。此外,80286工作在保護方式之下,可以保護作業系統,使之不像實模式或8086等不受保護的微處理器那樣,在遇到異常應用時會使系統停機。

ibm公司將80286微處理器用在先進技術微機即at機中,引起了極大的轟動。80286在以下四個方面比它的前輩有顯著的改進:支援更大的記憶體;能夠模擬記憶體空間;能同時執行多個任務;提高了處理速度。

最早pc機的速度是4mhz,第一台基於80286的at機執行速度為6mhz至8mhz,一些製造商還自行提高速度,使80286達到了20mhz,這意味著效能上有了重大的進步。

80286的封裝是一種被稱為pga的正方形包裝。pga是源於plcc的便宜封裝,它有一塊內部和外部固體插腳,在這個封裝中,80286整合了大約130000個電晶體。

ibm pc/at微機的匯流排保持了xt的三層匯流排結構,並增加了高低位位元組匯流排驅動器轉換邏輯和高位位元組匯流排。與xt機一樣,cpu也是焊接在主機板上的。

那時的原裝機僅指ibm pc機,而相容機就是除了ibm pc以外的其它機器。在當時,生產cpu的公司除英特爾外,還有amd及西門子公司等,而人們對自己電腦用的什麼cpu也不關心,因為amd等公司生產的cpu幾乎同英特爾的一樣,直到486時代人們才關心起自己的cpu來。

8086~80286這個時代是個人電腦起步的時代,當時在國內使用甚至見到過pc機的人很少,它在人們心中是乙個神秘的東西。到九十年代初,國內才開始普及計算機。

intel 80386

2023年春天的時候,英特爾公司已經成為了第一流的晶元公司,它決心全力開發新一代的32位核心的cpu—80386。intel給80386設計了三個技術要點:使用「類286」結構,開發80387微處理器增強浮點運算能力,開發快取記憶體解決記憶體速度瓶頸。

2023年10月17日,英特爾劃時代的產品——80386dx正式發布了,其內部包含27.5萬個電晶體,時鐘頻率為12.5mhz,後逐步提高到20mhz、25mhz、33mhz,最後還有少量的40mhz產品。

80386dx的內部和外部資料匯流排是32位,位址匯流排也是32位,可以定址到4gb記憶體,並可以管理64tb的虛擬儲存空間。它的運算模式除了具有實模式和保護模式以外,還增加了一種「虛擬86」的工作方式,可以通過同時模擬多個8086微處理器來提供多工能力。

80386dx有比80286更多的指令,頻率為12.5mhz的80386每秒鐘可執行6百萬條指令,比頻率為16mhz的80286快2.2倍。

80386最經典的產品為80386dx-33mhz,一般我們說的80386就是指它。

由於32位微處理器的強大運算能力,pc的應用擴充套件到很多的領域,如商業辦公和計算、工程設計和計算、資料中心、個人娛樂。80386使32位cpu成為了pc工業的標準。

雖然當時80386沒有完善和強大的浮點運算單元,但配上80387協處理器,80386就可以順利完成許多需要大量浮點運算的任務,從而順利進入了主流的商用電腦市場。另外,30386還有其他豐富的外圍配件支援,如82258(dma控制器)、8259a(中斷控制器)、8272(磁碟控制器)、82385(cache控制器)、82062(硬碟控制器)等。針對記憶體的速度瓶頸,英特爾為80386設計了快取記憶體(cache),採取預讀記憶體的方法來緩解這個速度瓶頸,從此以後,cache就和cpu成為了如影隨形的東西。

intel 80387/80287

嚴格地說,80387並不是一塊真正意義上的cpu,而是配合80386dx的協處理晶元,也就是說,80387只能協助80386完成浮點運算方面的功能,功能很單一。

intel 80386sx

2023年英特爾公司又推出準32位微處理器晶元80386sx。這是intel為了擴大市場份額而推出的一種較便宜的普及型cpu,它的內部資料匯流排為32位,外部資料匯流排為16位,它可以接受為80286開發的16位輸入/輸出介面晶元,降低整機成本。

80386sx推出後,受到市場的廣泛的歡迎,因為80386sx的效能大大優於80286,而**只是80386的三分之一。

intel 80386sl/80386dl

英特爾在2023年推出了專門用於膝上型電腦的80386sl和80386dl兩種型號的386晶元。這兩個型別的晶元可以說是80386dx/sx的節能型,其中,80386dl是基於80386dx核心,而80386sl是基於80386sx核心的。這兩種型別的晶元,不但耗電少,而且具有電源管理功能,在cpu不工作的時候,自動切斷電源**。

motorola 68000

摩托羅拉的68000是最早推出的32位微微處理器,當時是2023年,推出後,效能超群,並獲得如日中天的蘋果公司青睞,在自己的劃時代個人電腦「pc-mac」中採用該晶元。但80386推出後,日漸沒落。

amd am386sx/dx

amd的am386sx/dx是相容80386dx的第三方晶元,效能上和英特爾的80386dx相差無己,也成為當時的主流產品之一。

ibm 386slc

這個是由ibm在研究80386的基礎上設計的,和80386完全相容,由英特爾生產製造。386slc基本上是乙個在80386sx的基礎上配上內建cache,同時包含80486sx的指令集,效能也不錯。

CPU引數詳細說明

cpu的英文全稱是central processing unit,即 處理器。cpu從雛形出現到發展壯大的今天,由於製造技術的越來越先進,其整合度越來越高,內部的電晶體數達到幾百萬個。雖然從最初的cpu發展到現在其電晶體數增加了幾十倍,但是cpu的內部結構仍然可分為控制單元,邏輯單元和儲存單元三大部...

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