CPU的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀

1、CPU的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀1.發(fā)展歷程1.1 X86時(shí)代的CPU CPU的溯源可以一直去到1971年。在那一年，當(dāng)時(shí)還處在發(fā)展階段的INTEL公司推出了世界上第一臺微處理器4004。這不但是第一個用于計(jì)算器的4位微處理器，也是第一款個人有能力買得起的電腦處理器！1978年，Intel公司再次領(lǐng)導(dǎo)潮流，首次生產(chǎn)出16位的微處理器，并命名為i8086，同時(shí)還生產(chǎn)出與之相配合的數(shù)學(xué)協(xié)處理器i8087，這兩種芯片使用相互兼容的指令集，但在i8087指令集中增加了一些專門用于對數(shù)、指數(shù)和三角函數(shù)等數(shù)學(xué)計(jì)算指令。由于這些指令集應(yīng)用于i8086和i8087，所以人們也這些指令集統(tǒng)一稱之為X86指令集。197

2、9年，INTEL公司推出了8088芯片，它仍舊是屬于16位微處理器，內(nèi)含29000個晶體管，時(shí)鐘頻率為4.77MHz，地址總線為20位，可使用1MB內(nèi)存。8088內(nèi)部數(shù)據(jù)總線都是16位，外部數(shù)據(jù)總線是8位，而它的兄弟8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBM PC機(jī)中，開創(chuàng)了全新的微機(jī)時(shí)代。也正是從8088開始，PC機(jī)（個人電腦）的概念開始在全世界范圍內(nèi)發(fā)展起來。 1982年，許多年輕的讀者尚在襁褓之中的時(shí)候，INTE已經(jīng)推出了劃時(shí)代的最新產(chǎn)品棗80286芯片，該芯片比8006和8088都有了飛躍的發(fā)展，雖然它仍舊是16位結(jié)構(gòu)，但是在CPU的內(nèi)部含有13.4萬個晶體管，時(shí)鐘頻率由最

3、初的6MHz逐步提高到20MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線皆為16位，地址總線24位，可尋址16MB內(nèi)存。從80286開始，CPU的工作方式也演變出兩種來：實(shí)模式和保護(hù)模式。1.2 Intel 80286處理器 1985年INTEL推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一種32位微處理器，而且制造工藝也有了很大的進(jìn)步，與80286相比，80386內(nèi)部內(nèi)含27.5萬個晶體管，時(shí)鐘頻率為12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。80386的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可尋址高達(dá)4GB內(nèi)存。它除具有實(shí)模式和保護(hù)模式外，還增加了一種叫虛擬86的工作方式，可以

4、通過同時(shí)模擬多個8086處理器來提供多任務(wù)能力。1989年，我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由INTEL推出，這種芯片的偉大之處就在于它實(shí)破了100萬個晶體管的界限，集成了120萬個晶體管。80486的時(shí)鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是將80386和數(shù)學(xué)協(xié)處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內(nèi)，并且在80X86系列中首次采用了RISC（精簡指令集）技術(shù)，可以在一個時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。1.3 Pentium的來歷 在286、386、486這些產(chǎn)品深入人心后，1992年10月20日，在紐約第十屆PC用戶大會上，葛洛夫正式宣布Intel第五代處理

5、器被命名Pentium，而不是586，出乎許多人預(yù)料。 值得注意的是在Pentimu Pro的一個封裝中除Pentimu Pro芯片外還包括有一個256KB的二級緩存芯片，兩個芯片之間用高頻寬的內(nèi)部通訊總線互連，處理器與高速緩存的連接線路也被安置在該封裝中，這樣就使高速緩存能更容易地運(yùn)行在更高的頻率上。奔騰 Pro 200MHZCPU的L2 CACHE就是運(yùn)行在200MHZ，也就是工作在與處理器相同的頻率上。這樣的設(shè)計(jì)領(lǐng)奔騰 Pro達(dá)到了最高的性能。而Pentimu Pro最引人注目的地方是它具有一項(xiàng)稱為“動態(tài)執(zhí)行”的創(chuàng)新技術(shù)，這是繼奔騰在超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)實(shí)破之后的又一次飛躍。Pentim

6、u Pro系列的工作頻率是150/166/180/200，一級緩存都是16KB，而前三者都有256KB的二級緩存，至于頻率為200的CPU還分為三種版本，不同就在于他們的內(nèi)置的緩存分別是256KB，512KB，1MB。不過由于當(dāng)時(shí)緩存技術(shù)還沒有成熟，加上當(dāng)時(shí)緩存芯片還非常昂貴，因此盡管Pentimu Pro性能不錯，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到拋離對手的程度，加上價(jià)格十分昂貴，一次Pentimu Pro實(shí)際上出售的數(shù)目非常至少，市場生命也非常的短，Pentimu Pro可以說是Intel第一個失敗的產(chǎn)品。1.4輝煌的開始奔騰 MMX： INTEL吸取了奔騰 Pro的教訓(xùn)，在1996年底推出了奔騰系列的改進(jìn)版本

7、，廠家代號P55C，也就是我們平常所說的奔騰 MMX（多能奔騰）。這款處理器并沒有集成當(dāng)時(shí)賣力不討好的二級緩存，而是獨(dú)辟蹊徑，采用MMX技術(shù)去增強(qiáng)性能。 MMX技術(shù)是INTEL最新發(fā)明的一項(xiàng)多媒體增強(qiáng)指令集技術(shù)，它的英文全稱可以翻譯“多媒體擴(kuò)展指令集”。MMX是Intel公司在1996年為增強(qiáng)奔騰 CPU在音像、圖形和通信應(yīng)用方面而采取的新技術(shù)，為CPU增加了57條MMX指令，除了指令集中增加MMX指令外，還將CPU芯片內(nèi)的L1緩存由原來的16KB增加到32KB（16K指命+16K數(shù)據(jù)），因此MMX CPU比普通CPU在運(yùn)行含有MMX指令的程序時(shí)，處理多媒體的能力上提高了60左右。MMX技術(shù)不

8、但是一個創(chuàng)新，而且還開創(chuàng)了CPU開發(fā)的新紀(jì)元，后來的SSE，3D NOW！等指令集也是從MMX發(fā)展演變過來的。 1.5優(yōu)勢的確立奔騰 ：在接口技術(shù)方面，為了擊跨INTEL的競爭對手，以及獲得更加大的內(nèi)部總線帶寬，奔騰首次采用了最新的solt1接口標(biāo)準(zhǔn)，它不再用陶瓷封裝，而是采用了一塊帶金屬外殼的印刷電路板，該印刷電路板不但集成了處理器部件，而且還包括32KB的一級緩存。如要將奔騰處理器與單邊插接卡(也稱SEC卡)相連，只需將該印刷電路板(PCB)直接卡在SEC卡上。SEC卡的塑料封裝外殼稱為單邊插接卡盒，也稱SEC(Single-edgecontactCartridge)卡盒，其上帶有奔騰的標(biāo)

9、志和奔騰印模的彩色圖像。在SEC卡盒中，處理器封裝與L2高速緩存和TagRAM均被接在一個底座(即SEC卡)上，而該底座的一邊(容納處理器核心的那一邊)安裝有一個鋁制散熱片，另一邊則用黑塑料封起來。除了用于普通用途的奔騰之外，Intel還推出了用于服務(wù)器和高端工作站的Xeon系列處理器采用了Slot 2插口技術(shù)，32KB 一級高速緩存，512KB及1MB的二級高速緩存，雙重獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)，100MHz系統(tǒng)總線，支持多達(dá)8個CPU。1.6世紀(jì)末的輝煌奔騰III： 在99年初，Intel發(fā)布了第三代的奔騰處理器奔騰III，第一批的奔騰III 處理器采用了Katmai內(nèi)核，主頻有450和500Mhz兩

10、種，這個內(nèi)核最大的特點(diǎn)是更新了名為SSE的多媒體指令集，這個指令集在MMX的基礎(chǔ)上添加了70條新指令，以增強(qiáng)三維和浮點(diǎn)應(yīng)用，并且可以兼容以前的所有MMX程序。 除了制程帶來的改進(jìn)以外，部分Coppermine 奔騰III還具備了133Mhz的總線頻率和Socket370的插座，為了區(qū)分它們，Intel在133Mhz總線的奔騰III型號后面加了個“B”, Socket370插座后面加了個“E”，例如頻率為550Mhz，外頻為133Mhz的Socket370 奔騰III就被稱為550EB。 1.7 AMD的絕地反擊Athlon 在AMD公司方面，剛開始時(shí)為了對抗奔騰III，曾經(jīng)推出了K6-3處理器

11、。K6-3處理器是三層高速緩存（TriLevel）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)建有64K的第一級高速緩存（Level 1）及256K的第二層高速緩存（Level 2），主板上則配置第三級高速緩存（Level 3）。K6-3處理器還支持增強(qiáng)型的3D Now！指令集。由于成本上和成品率方面的問題，K6-3處理器在臺式機(jī)市場上并不是很成功，因此它逐漸從臺式機(jī)市場消失，轉(zhuǎn)進(jìn)筆記本市場。 真正讓AMD揚(yáng)眉吐氣的是原來代號K7的Athlon處理器。Athlon具備超標(biāo)量、超管線、多流水線的Risc核心（3Way SuperScalar Risc core），采用0.25微米工藝，集成2,200萬個晶體管，Athlon包含

12、了三個解碼器，三個整數(shù)執(zhí)行單元（IEU），三個地址生成單元（AGU），三個多媒體單元（就是浮點(diǎn)運(yùn)算單元），Athlon可以在同一個時(shí)鐘周期同時(shí)執(zhí)行三條浮點(diǎn)指令，每個浮點(diǎn)單元都是一個完全的管道。Athlon內(nèi)建128KB全速高速緩存（L1 Cache），芯片外部則是12時(shí)頻率、512KB容量的二級高速緩存（L2 Cache），最多可支持到8MB的L2 Cache，大的緩存可進(jìn)一步提高服務(wù)器系統(tǒng)所需要的龐大數(shù)據(jù)吞吐量。 1.8踏入新世紀(jì)的CPU 進(jìn)入新世紀(jì)以來，CPU進(jìn)入了更高速發(fā)展的時(shí)代，以往可望而不可及的1Ghz大關(guān)被輕松突破了，在市場分布方面，仍然是Intel跟AMD公司在兩雄爭霸，它們分別

13、推出了Pentium4、Tualatin核心Pentium 和Celeron、Tunderbird核心Athlon、AthlonXP和Duron等處理器，競爭日益激烈。 在Intel方面，在上個世紀(jì)末的2000年11月，Intel發(fā)布了旗下第四代的Pentium處理器，也就是我們天天都能接觸到的Pentium 4。Pentium 4沒有沿用PIII的架構(gòu)，而是采用了全新的設(shè)計(jì)，包括等效于的400MHz前端總線(100 x 4), SSE2指令集，256K-512KB的二級緩存，全新的超管線技術(shù)及NetBurst架構(gòu)，起步頻率為1.3GHz。 在低端CPU方面，Intel發(fā)布了第三代的Celer

14、on核心，代號為Tualatin，這個核心也轉(zhuǎn)用了0.13微米的工藝，與此同時(shí)二級緩存的容量提高到256KB，外頻也提高到100Mhz，目前Tualatin Celeron的主頻有1.0、1.1、1.2、1.3Ghz等型號。Intel也推出了Tualatin核心的奔騰III，集成了更大的512KB二級緩存，但它們只應(yīng)用于服務(wù)器和筆記本電腦市場，在臺式機(jī)市場很少能看到。 在AMD方面，在2000年中發(fā)布了第二個Athlon核心Tunderbird，這個核心的Athlon有以下的改進(jìn)，首先是制造工藝改進(jìn)為0.18微米，其次是安裝界面改為了SocketA，這是一種類似于Socket370，但針腳數(shù)為

15、462的安裝接口。最后是二級緩存改為256KB，但速度和CPU同步，與Coppermine核心的奔騰III一樣。 在低端CPU方面，AMD推出了Duron CPU，它的基本架構(gòu)和Athlon一樣，只是二級緩存只有64KB。2.國內(nèi)外CPU現(xiàn)狀據(jù)中科院計(jì)算所介紹，“十一五”計(jì)劃期間，中科院計(jì)算所將研制多核的龍芯3 號，可用來研制生產(chǎn)高性能的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，進(jìn)一步縮小與國外先進(jìn)水平的差距?，F(xiàn)在龍芯系列研發(fā)和推廣的重點(diǎn)依然是龍芯2 號產(chǎn)品，與此同時(shí)也末放棄龍芯1號和3 號的繼續(xù)研發(fā)，龍芯家族的各號產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)（龍芯1號）、PC 機(jī)（龍芯2 號）和服務(wù)器（龍芯3 號）研發(fā)將齊頭并進(jìn)。面對中國這個潛力

16、廣闊的大市場，龍芯還有很長的一段路要走，合理地找準(zhǔn)市場地位，如何發(fā)揮其產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢并加大應(yīng)用推廣的力度，是目前龍芯處理所需要做的。目前單核心處理器已經(jīng)走到盡頭，在國外雙核心被Intel 和AMD 確定為下步發(fā)展項(xiàng)目。雙核處理器的應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)頗為成熟，大多數(shù)操作系統(tǒng)已經(jīng)支持并行處理，許多新或即將發(fā)布的應(yīng)用軟件都對并行技術(shù)提供了支持，雙核處理器一旦上市，系統(tǒng)性能的提升將能得到迅速的提升，整個軟件市場其實(shí)已經(jīng)為多核心處理器架構(gòu)提供了充分的準(zhǔn)備。在單一處理器上安置兩個或更多強(qiáng)大的計(jì)算核心的創(chuàng)舉開拓了一個全新的充滿可能性的世界。多核心處理器可以為戰(zhàn)勝今天的處理器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)提供一種立竿見影、經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)

17、降低隨著單核心處理器的頻率（即“時(shí)鐘速度”）的不斷上升而增高的熱量和功耗。3.當(dāng)前流行CPU 3.1 Intel Core i3 2100一直以來，英特爾酷睿i3系列處理器一直是主流價(jià)位攢機(jī)的首選產(chǎn)品，直至今天依然是這樣。隨著第二代酷睿處理器的發(fā)布，全新一代的酷睿i3-2100處理器也已經(jīng)來到我們身邊，并且通過逐步的價(jià)格調(diào)整，成為用戶心中的首選。第二代智能酷睿i3系列處理器不僅目前價(jià)格已經(jīng)逐漸調(diào)整到合理價(jià)位，更加值得一提的是，這款處理器采用了全新的制程工藝，性能更加出色，功耗更低！3.2 Intel Core i5 2500KIntel Core i5 2500K是第二代智能酷睿家族中的高端型號，屬于解鎖版，CPU部分采用原生四核設(shè)計(jì)，不支持超線程技術(shù)，默認(rèn)主頻為3.3GHz，通過睿頻加速技術(shù)2.0可加速到3.7GHz。它采用三級緩存設(shè)計(jì)，每個核心擁有獨(dú)立的一、二級緩存，分別為64KB和256KB，四