PC处理器发展史

PC处理器发展史,第1张

CPU(Central processing Unit),又称“微处理器(Microprocessor)”,是现代计算机的核心部件。对于PC而言,CPU的规格与频率常常被用来作为衡量一台电脑性能强弱重要指标。

    CPU的起源可以一直追溯到1971年。在那一年,当时还处在起步阶段的Intel公司推出了世界上第一颗微处理器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!

  4004含有2300个晶体管,功能相当有限,而且速度还很慢,当时的蓝色巨人 IBM以及大部分商业用户对此不屑一顾。但它毕竟是划时代的产品,从此以后,INTEL便与微处理器结下了不解之缘。可以这么说,CPU的历史发展历程一 定意义上也就是Intel公司x86系列CPU的发展历程。

4004处理器核心架构图

4004的样子很像小虫子

不同版本的4004

再来一张4004

  在4004发布后不久,英特尔连续发布了几款CPU:4040、8008,但市场反响平平,不过却为开发8位微处理器打下了良好基础。

Intel 8008处理器

  1974年,英特尔公司又在8008的基础上研制出了8080处理器、拥有16位 地址总线和8位数据总线,包含7个8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL组合可组成16位数据寄存器),支持16位内存,同时它 也包含一些输入输出端口,这是一个相当成功的设计,还有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。

8080处理器

8085处理器 采用了DIP封装

i8086芯片 16位运算开始

  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、指数和三角函数等的数学计算指令。

Intel 8086处理器

8086的芯片内核

8086协处理器:8087

AMD仿制的8086处理器

  以技术的观点来看,8088其实是8086的一个简版,其内部指令是16位的,但 是外部是8位数据总线;相对于8086内部数据总线(CPU内部传输数据的总线)、外部数据总线(CPU外部传输数据的总线)均为16位,地址总线为20 位,可寻址1MB内存的规格来说,是稍差了一点,但是已经足以胜任DOS系统和当时的应用程序了。

  在4004、8008、8086、8088等最古老的CPU中DIP封装(双列直插封装)得到了广大的应用,最大的特点是有两排引脚可以插到主板上的DIP芯片插座或焊接在相同焊孔数的几何焊位中。

8088处理器 IBM PC的御用之选

  故事转眼就到了1982年。这一年,Intel推出了划时代的最新产品80286 芯片,该芯片比8086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。

Intel 80286芯片

80286的芯片内核

这是AMD的286芯片

80386 迈进32位处理年代

  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,后逐步提高到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。

Intel 80386芯片

80386的芯片内核

AMD的386芯片

  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。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。

Intel 80486芯片

80486的芯片内核

AMD的80486 CPU,这是DX40,主频40MHZ

经典的486 DX66处理器,相信有不少玩家用过

Pentium诞生 MMX引导新潮流

  Intel的第一代品牌CPU,Pentium,中文名称“奔腾”,采用PGA(Pin Grid Array Package,格栅阵列封装)封装方式,Socket 5/7接口。

Pentium 75,老玩家不会忘记吧

Pentium的芯片内核

AMD推出的仿制品5x86-P75,
仍基于486架构,Socket 5接口

AMD的K5处理器

  Intel将处理器命名为Pentium后,AMD为自己的新款处理器命名为K5,并且采用了PR值来标注CPU。

  稍后Intel推出了Pentimu Pro(中文名称“高能奔腾”),尽管性能不错,但远没有达到抛离对手的程度。加上价格十分昂贵,因此Pentimu Pro实际上出售的数目非常至少,市场生命也非常的短。Pentimu Pro可以说是Intel第一个失败的产品,但Pentium Pro的设计思想和总体架构却对Intel此后的处理器设计造成了深远的影响。

失败的Pentium Pro

Pentium Pro的芯片内核

  吸取了奔腾Pro的教训,Intel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(中文名称“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指令集来增强性能。

Intel奔腾MMX处理器

Pentium MMX,支持多媒体技术的奔腾

  在Intel推出奔腾MMX的几个月后,AMD也推出了自己研制的新产品K6。 K6系列CPU一共有五种型号(PR值),分别是166/200/233/266/300,五种型号都采用了66MHz外频,但是后来推出的 233/266/300已经可以通过升级主板的BIOS而支持100MHz外频,所以CPU的性能得到了一个飞跃。

  特别值得一提的是他们的一级缓存都提高到了64KB,比MMX足足多了一倍,因此它的商业性能甚至还优于奔腾MMX,但由于浮点运算能力低下,又缺少了多媒体扩展指令集这道杀手锏,K6在包括游戏在内的多媒体性能上要逊于奔腾MMX。

AMD的K6处理器

AMD K6/300

经典奔腾2 勿忘Celeron出现

  1997年5月,Intel又推出了和奔腾Pro同一个级别的产品,也就是影响力最大的CPU——奔腾Ⅱ(Pentium Ⅱ)。第一代奔腾Ⅱ核心称为Klamath。

  作为奔腾Ⅱ的第一代芯片,它运行在66MHz总线上,主频分233MHz、266MHz、300MHz、 333MHz 4种,接着又推出100MHz总线的奔腾Ⅱ,频率有300MHz、350MHz、400MHz、450MHz。奔腾II采用了与奔腾Pro相同的核心架 构,从而继承了原有奔腾 Pro处理器优秀的32位性能,但它加快了段寄存器写 *** 作的速度,并增加了MMX指令集以加速16位 *** 作系统的执行速度。

经典的奔腾Ⅱ处理器

奔腾Ⅱ的芯片内核

  为了对抗不可一世的奔腾Ⅱ,在1998年中,AMD推出了K6-2处理器,它的核心电压是2.2伏特,所以发热量比较低,一级缓存是64KB,更为重要的是,为了抗衡Intel的MMX指令集,AMD也开发了自己的多媒体指令集,命名为3DNow!。

  不过和奔腾Ⅱ相比,K6-2仍然没有集成二级缓存,因此尽管广受好评,但始终没有能在市场占有率上战胜奔腾Ⅱ。

AMD K6-2处理器

AMD K6-2 300MHz

  1999年,英特尔发布了Celeron(赛扬)处理器。简单的说, Celeron与Pentium II并没有本质上的不同,因为它们的内核是一样的,最大的区别在于高速缓存上。最初的Celeron是没有二级缓存的,目的是降低成本来夺取低端市场的份 额,就像当年在386、486的基础上,制造386SX、486SX简化版的做法一样。

Intel Celeron处理器

  为了降低成本,Intel推出了采用PPGA(塑料格栅阵列)封装的Socket 370接口赛扬处理器。

Socket 370封装的Celeron


  有着良好超频性和极佳性价比的赛扬处理器基本上将低端市场蚕食殆尽,AMD开发出来的准备用来对抗Pentium 3的K6-3也因性能平平而陷入困境!

AMD K6-3处理器

对抗奔腾3 Athlon成就AMD

  然而AMD并没有停止脚步,一个更强大的秘密武器要出笼了。Athlon处理器的发布使得AMD彻底摆脱了跟在Intel后面走的阴影,至此AMD开始了完全独立自主设计研发处理器的道路,并且第一次在主频上超越了Intel。

对于AMD来说意义巨大的Athlon处理器

再来一张裸体的Athlon处理器

AMD K7 Athlon(0.25μm) Processor 部分参数

主频

504 MHZ

多媒体指令集

AMD Extended 3DNow! Technology

CPU一级数据缓存

64KB, 2 Way, 32 byte lines

CPU二级缓存

512KB, 2 Way, 64 byte lines

处理器版本

Level 6 Rev. 1.2

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