INTEL公司的微机的CPU发展史

2020-05-04 科技 180阅读
CPU也称为微处理器,微处理器的历史可追溯到1971年,当时INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。它是用于计算器的4位微处理器,含有2300个晶体管。从此以后,INTEL便与微处理器结下了不解之缘。下面以INTEL公司的80X86系列为例介绍一下微处理器的发展历程。
1978和1979年,INTEL公司先后推出了8086和8088芯片,它们都是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。它们的内部数据总线都是16位,外部数据总线8088是8位,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。最早的i8086/8088是采用双列直插(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。80286有两种工作方式:实模式和保护模式。
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,内含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz。其内部和外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,可寻址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。
除了标准的80386芯片(称为80386DX)外,出于不同的市场和应用考虑,INTEL又陆续推出了一些其它类型的80386芯片:80386SX、80386SL、80386DL等。
1988年推出的80386SX是市场定位在80286和80386DX之间的一种芯片,其与80386DX的不同在于外部数据总线和地址总线皆与80286相同,分别是16位和24位(即寻址能力为16MB)。
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。80386SL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:系统管理方式(SMM)。当进入系统管理方式后,CPU就自动降低运行速度、控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,以达到节能目的。
1989年INTEL推出了80486芯片,这种芯片实破了100万个晶体管的的界限,集成了120万个晶体管。其时钟频率从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,大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进,80486的性能比带有80387数学协处理器的80386DX提高了4倍。
80486和80386一样,也陆续出现了几种类型。上面介绍的最初类型是80486DX。1990年推出了80486SX,它是486类型中的一种低价格机型,其与80486DX的区别在于它没有数学协处理器。
80486DX2由系用了时钟倍频技术,其芯片内部的运行速度是外部总线运行速度的两倍,即芯片内部以2倍于系统时钟的速度运行,但仍以原有时钟速度与外界通讯。80486DX2的内部时钟频率主要有40MHz、50MHz、66MHz等。80486DX4也是采用了时钟倍频技术的芯片,它允许其内部单元以2倍或3倍于外部总线的速度运行。为了支持这种提高了的内部工作频率,它的片内高速缓存扩大到16KB。80486DX4的时钟频率为100MHz,其运行速度比66MHz的80486DX2快40%。
80486也有SL增强类型,其具有系统管理方式,用于便携机或节能型台式机。INTEL公司于1993年又推出了80586,其正式名称为PENTIUM。PENTIUM含有310万个晶体管,时钟频率最初为60MHZ和66MHZ,后提高到200MHZ。66MHZ的PENTIUM微处理器的性能比33MHZ的80486DX提高了3倍多,而100MHZ的PENTIUM则比33MHZ的80486DX快6至8倍。
PENTIUM引起的轰动尚未结束,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在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。
1997年,在奔腾(P54C)和P6的基础上又有了新的发展,一块奔腾(P54C),加上57条多媒体指令,就得到了多能奔腾(P55C),相对P54C,P55C在以下几方面做了改进:(1)支持称为MMX多媒体扩展的新指令集,有57条新指令,用于高效地处理图形、视频、音频数据;(2)内部Cache从16KB增加到32KB。(3)优化了CPU的执行核心。
为了弥补P6芯片的某些缺陷,Intel在P6基础上开发了两个变体:Klamath(即PentiumⅡ)和Deschutes来补充完善它。PentiumⅡ使用MMX和AGP技术,其系统总线速度达到66MHz,一级Cache含16KB指令Cache和16KB数据Cache,二级Cache为512KB,采用了0.35微米的工艺,CPU工作电压为2.8V;而Deschueses(PII350以上的CPU)是PentiumⅡ的一个0.25微米版本,具有更低的电源电压,外频为100MHz。PentiumII改变了以往的PGA陶瓷封装,而把处理器芯片、L2高速缓存以及TAGPAM(用来管理L2高速缓存)集成在一块电路板上,然后封装在新的SEC(SingleEdgeContact,单边接触盒)内。由于采用了新的SEC封装,PentiumII必须插在242线的SLOT1插槽内,也就是说,PentiumII不兼容Socket7结构。
1998年7月,Intel推出了用于服务器和工作站的PentiumII至强器(PentiumIIXeon),它采用新的P6微处理器结构,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高,当然,体积也比SLOT1的PentiumII稍大。
PentiumII赛扬是Intel在1998年4月针对低端市场发布的PentiumII级处理器,它采用了PII的内核,去掉了PII处理器上的二级缓存,从而降低了成本,但同时也使其整数性能税减。Inter公司也意识到了这一点,在随后推出的300MHz和333MHz的赛扬中集成了128K二级高速缓存,虽然比PentiumII的512K少,但由于赛扬的128K二级缓存是与CPU同频运行的,所以性能几乎和同主频PentiumII持平,有时甚至比PentiumII还要好。而其价格,只不过是同频PentiumII的二分之一,非常超值。
1999年1月5日,Intel推出了Socket370赛扬,它仍然使用了Slot1架构的赛扬内核,只不个过采用了新的PPGA封装,降低了生产成本。Socket370的赛扬处理器在外形上很像PentiumMMX,但它的针脚比PentiumMMX的要多一圈,为370针,而PentiumMMX只有321针。所以老的Socket7的用户如要使用Socket370的赛扬,,必须购买一块Socket370插座的主板,而使用Slot1插座主板的用户,则可以选择一块转换卡,就可以使用新的Socket370的赛扬了。
1999年2月26日,Intel正式发布了PentiumIII处理器,打响了1999年CPU大战的第一枪。PentiumIII的内核和PentiumII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的浮点运算能力得到增强,提高了CPU对浮点运算密集型应用程序的执行效率。另外,就是关于PentiumIII的序列号。由于Intel在每一颗PentiumIII的硅片上都植入了一个固定的序列号,那么在因特网上,就可以通过PentiumIII的序列号识别出电脑的用户。这样做,是为了提高电子商务的安全性,但同时更多的人担心自己的隐私暴露在网上。要解决这个问题,可以使用Intel的序列号控制软件关闭序列号,也可以在BIOS中直接将序列号关掉。
目前的PentiumIII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。需要注意的是,目前支持SSE指令集的软件还很少,不能体现出SSE指令的优势,随着各大软件厂商对SSE指令的支持,PentiumIII的性能将会有更大的提高。
PentiumIII推出不久,Intel推出了PentiumIII至强处理器,频率有500MHz和550MHz两种,核心电压2.0V,使用Slot2插槽,L2级Cache内置于片内,有1M、2M或2M以上的版本。在微处理器的市场中,虽然Intel公司以其绝对的规模,生产能力和杰出的工作设计成为业界领袖,但它的产品还是有隙可乘的,许多具有实力的公司正挤身微处理器这一市场,向Intel发出了强有力的挑战,AMD的K6-2、K6-III处理器,还有K7处理器,它们在某些方面的性能完全可以和PentiumⅡ、PentiumIII相媲美,使微处理器市场形成了一种错踪复杂的状态。
微处理器的出现是一次伟大的工业革命,从1971年到1999年,在短短四分之一世纪内,微处理器的发展日新月异,令人难以置信。目前的PENTIUM比1981年用于第一台PC机的8088要快300倍以上。可以说,人类的其它发明都没有微处理器发展得那么神速、影响那么深远。
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