CPU发展史[整理]

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1、精品文档可编辑版 CPU 发展史发展史 CPU 是英文 Central Processing Unit 的缩写，中文名称为中央处理器，其功能主要是解 释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。它是一台计算机的运算核心和控制核心，相 当于计算机的“心脏” 。 差不多所有的 CPU 的运作原理可分为四个阶段：提取（Fetch） 、解码（Decode） 、执行 （Execute）和写回（Writeback） 。CPU 从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令 寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行 微操作系列，从而完成一条指令的执行。 （引用自百度百科“中央

2、处理器” ） CPU 的发展历史根据微处理器的字长和功能，可划分为以下几个阶段： 第 1 阶段 第 1 阶段（19711973 年）是 4 位和 8 位低档微处理器时代，通常称为第 1 代，其 典型产品是 Intel4004 和 Intel8008 微处理器和分别由它们组成的 MCS-4 和 MCS-8 微机。基 本特点是采用 PMOS 工艺，集成度低（4000 个晶体管/片） ，系统结构和指令系统都比较简 单，主要采用机器语言或简单的汇编语言，指令数目较少（20 多条指令） ，基本指令周期 为 2050s，用于简单的控制场合。 Intel 在 1969 年为日本计算机制造商 Busicom

3、的一项专案，着手开发第一款微处理器， 为一系列可程式化计算机研发多款晶片。最终，英特尔在 1971 年 11 月 15 日向全球市场 推出 4004 微处理器，当年 Intel 4004 处理器每颗售价为 200 美元。4004 是英特尔第一款 微处理器，为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定发展基础，其晶体管数目约为 2300 颗。 翌年，Intel 推出 8008 微处理器，其运算威力是 4004 的两倍。Radio Electronics 于 1974 年刊载一篇文章介绍一部采用 8008 的 Mark-8 装置，被公认是第一部家用电脑，在 当时的标准来看，这部电脑在制造、维护、与运作方

4、面都相当困难。Intel 8008 晶体管数目 约为 3500 颗。 第 2 阶段 第 2 阶段（19711977 年）是 8 位中高档微处理器时代，通常称为第 2 代，其典型 产品是 Intel8080/8085、Motorola 公司、Zilog 公司的 Z80 等。它们的特点是采用 NMOS 工 艺，集成度提高约 4 倍，运算速度提高约 1015 倍（基本指令执行时间 12s） ，指令系 统比较完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA 等控制功能。软件方面除了汇编语 言外，还有 BASIC、FORTRAN 等高级语言和相应的解释程序和编译程序，在后期还出现了 操作系统。 1974 年

5、，Intel 推出 8080 处理器，并作为 Altair 个人电脑的运算核心， Altair 在星舰奇航电视影集中是企业号太空船的目的地。电脑迷当时可用 395 美元买到 一组 Altair 的套件。它在数月内卖出数万套，成为史上第一款下订单后制造的机种。Intel 8080 晶体管数目约为 6 千颗。 第 3 阶段 第 3 阶段（19781984 年）是 16 位微处理器时代，通常称为第 3 代，其典型产品 是 Intel 公司的 8086/8088，Motorola 公司的 M68000，Zilog 公司的 Z8000 等微处理器。其 特点是采用 HMOS 工艺，集成度（20000700

6、00 晶体管/片）和运算速度（基本指令执行时 间是 0.5s）都比第 2 代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、 多种寻址方式、段式存储机构、硬件乘除部件，并配置了软件系统。这一时期著名微机产 品有 IBM 公司的个人计算机。1981 年 IBM 公司推出的个人计算机采用 8088CPU。紧接着 1982 年又推出了扩展型的个人计算机 IBM PC/XT，它对内存进行了扩充，并增加了一个硬 磁盘驱动器。 80286（也被称为 286）是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件 1 / 3 精品文档可编辑版 的处理器，这种软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标，在 6

7、 年的销售期 中，估计全球各地共安装了 1500 万部 286 个人电脑。Intel 80286 处理器晶体管数目为 13 万 4 千颗。1984 年，IBM 公司推出了以 80286 处理器为核心组成的 16 位增强型个人计算 机 IBM PC/AT。由于 IBM 公司在发展个人计算机时采用 了技术开放的策略，使个人计算机 风靡世界。 第 4 阶段 第 4 阶段（19851992 年）是 32 位微处理器时代，又称为第 4 代。其典型产品是 Intel 公司的 80386/80486，Motorola 公司的 M69030/68040 等。其特点是采用 HMOS 或 CMOS 工艺，集成度高

8、达 100 万个晶体管/片，具有 32 位地址线和 32 位数据总线。每秒钟 可完成 600 万条指令（Million Instructions Per Second，MIPS） 。微型计算机的功能已经达到 甚至超过超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。同期，其他一些微处理 器生产厂商（如 AMD、TEXAS 等）也推出了 80386/80486 系列的芯片。 Intel 80386 微处理 器内含 275,000 个晶体管比当初的 4004 多了 100 倍以上，这款 32 位元处理器首次支持 多工任务设计，能同时执行多个程序。Intel 80386 晶体管数目约为 27 万 5

9、 千颗。 Intel 80486 处理器世代让电脑从命令列转型至点选式（point to click）的图形化操作环 境，开始能以大幅加快的速度进行桌面排版作业。 ”Intel 80486 处理器率先内建数学协同处 理器，由于能扮演中央处理器处理复杂数学运算，因此能加快整体运算的速度。Intel 80486 晶体管数目为 120 万颗。 第 5 阶段 第 5 阶段（1993-2005 年）是奔腾（pentium）系列微处理器时代，通常称为第 5 代。 典型产品是 Intel 公司的奔腾系列芯片及与之兼容的 AMD 的 K6 系列微处理器芯片。内部采 用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指

10、令和数据高速缓存。随着 MMX（MultiMediaeXtended）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能 化等方面跨上了更高的台阶。 1997 年推出的 Pentium II 处理器结合了 Intel MMX 技术，能以极高的效率处理影片、 音效、以及绘图资料，首次采用 Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封装，内建了高速快取记 忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、编辑、以及透过网际网络和亲友分享数位相片、编辑 与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用视讯电话以及透过标准电话线与网际 网络传送影片，Intel Pentium II 处理器晶体管数目为

11、 750 万颗。 Pentium III 处理器加 入 70 个新指令，加入网际网络串流 SIMD 延伸集称为 MMX，能大幅提升先进影像、3D、 串流音乐、影片、语音辨识等应用的性能，它能大幅提升网际网络的使用经验，让使用者 能浏览逼真的线上博物馆与商店，以及下载高品质影片，Intel 首次导入 0.25 微米技术， Intel Pentium III 晶体管数目约为 950 万颗。 2000 年推出的 Pentium 4 处理器内建了 4200 万个晶体管，以及采用 0.18 微米的电路， Pentium 4 初期推出版本的速度就高达 1.5GHz，晶体管数目约为 4200 万颗，翌年 8

12、 月， Pentium 4 处理器达到 2 GHz 的里程碑。2002 年英特尔推出新款 Intel Pentium 4 处理器内含 创新的 Hyper-Threading(HT）超线程技术。超线程技术打造出新等级的高性能桌上型电脑， 能同时快速执行多项运算应用，或针对支持多重线程的软件带来更高的性能。超线程技术 让电脑性能增加 25%。除了为桌上型电脑使用者提供超线程技术外，英特尔也达成另一项 电脑里程碑，就是推出运作频率达 3.06 GHz 的 Pentium 4 处理器，是首款每秒执行 30 亿个 运算周期的商业微处理器，如此优异的性能要归功于当时业界最先进的 0.13 微米制程技术，

13、翌年，内建超线程技术的 Intel Pentium 4 处理器频率达到 3.2 GHz。 第 6 阶段 第 6 阶段（2005 年至今）是酷睿（core）系列微处理器时代，通常称为第 6 代。 “酷 2 / 3 精品文档可编辑版 睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每 瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。 酷睿 2：英文名称 为 Core 2 Duo，是是英特尔在 2006 年推出的新一代基于 Core 微架构的产品体系统称。于 2006 年 7 月 27 日发布。酷睿 2 是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动 版

14、三大领域。其中，服务器版的开发代号为 Woodcrest，桌面版的开发代号为 Conroe，移 动版的开发代号为 Merom。 酷睿 2 处理器的 Core 微架构是 Intel 的以色列设计团队在 Yonah 微架构基础之上改进 而来的新一代英特尔架构。最显著的变化在于在各个关键部分进行强化。为了提高两个核 心的内部数据交换效率采取共享式二级缓存设计，2 个核心共享高达 4MB 的二级缓存。 SNB(Sandy Bridge）是英特尔在 2011 年初发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大意 义莫过于重新定义了“整合平台”的概念，与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了 “集成显卡”的时代

15、。这一创举得益于全新的 32nm 制造工艺。由于 Sandy Bridge 构架下 的处理器采用了比之前的 45nm 工艺更加先进的 32nm 制造工艺，理论上实现了 CPU 功耗 的进一步降低，及其电路尺寸和性能的显著优化，这就为将整合图形核心（核芯显卡）与 CPU 封装在同一块基板上创造了有利条件。此外，第二代酷睿还加入了全新的高清视频处 理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的，由于高清视频处理单元的加 入，新一代酷睿处理器的视频处理时间比老款处理器至少提升了 30%。 在 2012 年 4 月 24 日下午北京天文馆，intel 正式发布了 ivy bridge（IVB）处理器。 22nm Ivy Bridge 会将执行单元的数量翻一番，达到最多 24 个，自然会带来性能上的进一步 跃进。Ivy Bridge 会加入对 DX11 的支持的集成显卡。另外新加入的 XHCI USB 3.0 控制器则 共享其中四条通道，从而提供最多四个 USB 3.0，从而支持原生 USB3.0。cpu 的制作采用 3D 晶体管技术的 CPU 耗电量会减少一半。 3 / 3