简述Intel系列CPU的开展史CPU(Central Processing Unit),中文全称中央处理器从1971年Intel发布了全世界第一款微处理器芯片4004以来,它的开展速度之快实在令人咋舌则CPU从研发至今,到底经过了哪些变化呢,我们主要查询了Intel公司的芯片生产历程资料根据微处理器的字长和功能,可将其开展划分为以下几个阶段第1阶段第1阶段〔1971——1973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微机众所周知,世界上第一款商用计算机微处理器是Intel公司于Intel 4004微处理器〔如图1〕就像当时的广告说的一样,它是"一件划时代的作品";其首席执行官戈登.摩尔将4004称之为"人类历史上最具革新性的产品之一"其诞生的原因是最初Intel专门为日本一家名为Busi的公司设计制造一款用于该公司的计算器产品但由于技术原因,Intel的延期交货让Busi公司颇为恼怒与此同时,计算器领域的竞争日益剧烈,当Intel彻底完成4004芯片的设计和样品的生产时,Busi公司要求Intel打折扣,Intel同意了,但是它附加了一个条件:允许Intel在除计算器芯片市场之外的其它市场上自由出售4004芯片。
至此,Intel公司完成了从单一的存储器制造商向微处理器制造商的转型为什么第一款芯片编号要叫做4004呢,因为第一个"4〞是代表客户订购的产品编号,后一个"4〞则是代表此芯片是Intel公司制作的第四个定制芯片,在此之前还有Intel还曾开发出4001〔动态随机存储器DRAM〕、4002〔只读存储器ROM〕、4003〔存放器〔Register〕〕,三者再加上4004,就可架构出一台微型计算机系统虽然第一款商用计算机微处理器是作为"一件划时代的作品〞,但站在今天的角度,它还是比拟简单的芯片,其主要参数如表格1 Intel4004 8008主要参数表格1 Intel4004 8008主要参数中文名称发布年运行频率/最高频率前端总线针脚数量核心技术/晶体管数量英特尔40041971108KHZ4Bit16针10微米/2300英特尔80081972500-800KHZ8bit16针10微米/3500图1 Intel 4004微处理器当4004芯片推出以后,当时的业对其反响相当平淡,因为其处理能力相当有限但当一年后Intel推出8008微处理器〔如〕时,业的目光都几乎集中在Intel身上了因为8008的晶体管数量已经到达了3500个,超过4004一半,工作频率200KHZ,且能处理8比特数据。
更为重要的是还获得了处理器指令系统因为最初8008原本是为德克萨斯州的DataPoint公司设计的,由于这家公司财力缺乏以支付费用,于是双方达成协议,Intel拥有芯片的所有知识产权并获得DataPoint公司开发的指令集正是这套指令集奠定了英特尔公司*86系列微处理器指令集的根底图2 Intel 8008微处理器第2阶段第二阶段〔1974——1977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等图3 Intel8080Intel8080在1974年发布,是一枚8位元处理器它集成6000只晶体管,每秒运算29万次,拥有16位地址总线和8位数据总线,这是一个相当成功的设计,有效解决了外部设备在存寻址能力缺乏的问题自1975年第一台个人电脑诞生以后,8080芯片帮助英特尔在几年后占据了电脑芯片的霸主地位第3阶段第3阶段〔1978——1984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〔20000~70000晶体管/片〕和运算速度〔根本指令执行时间是0.5μs〕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/*T,它对存进展了扩大,并增加了一个硬磁盘驱动器 z.-图4 Intel 8086图5Intel 8088图6Intel 80286. z.-表格2Intel 8086/8088 80286主要参数中文名称发布年主频外部数据总线针脚数量核心技术/晶体管数量地址总线/寻址能力英特尔808619785MHZ16位/16位403微米/2900020位/1MB英特尔808819785MHZ16位/8位403微米/2900020位/1MB英特尔8028619826MHZ16位/16位681.5微米/13400024位/16MBIntel 8086拥有四个16位的通用存放器,也能够当作八个8位存放器来存取,以及四个16位索引存放器〔包含了堆栈指标〕。
资料存放器通常由指令隐含地使用,针对暂存值需要复杂的存放器配置它提供64K 8 位元的输出输入〔或32K 16 位元〕,以及固定的向量中断大局部的指令只能够存取一个存位址,所以其中一个操作数必须是一个存放器运算结果会储存在操作数中的一个存放器而Intel 8088则是一个以8086为根底的微处理器,拥有16位元暂存器和8位元外部资料总线8088使用8位元的设计,所针对的是较为经济之系统在它推出时候,大的资料总线宽度电路板还是相当地昂贵8088的预取(prefetch)贮列(queue)是4字节,相对于8086的是6字节1979年,英特尔公司开发出了80888086和8088在芯片部均采用16位数据传输,所以都称为16位微处理器,但8086每周期能传送或接收16位数据,而8088每周期只采用8位因为最初的大局部设备和芯片是8位的,而8088的外部8位数据传送、接收能与这些设备相兼容Intel 1982年推出80286芯片〔如图6〕是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器该芯片相比8086和8088有了飞跃式开展,虽然它仍是16位构造,但在CPU部含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初6MHz逐步提高到20MHz。
部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址存大小到达16Mb80286兼容了8086所有功能,并且是8086的向上兼容的微处理器,使8086的汇编语言程序可以不做任何修改地在80286上运行同时80286的推出也是实模式和保护模式CPU的分水岭80286微处理器部有4个功能部件,即地址部件AU,指令部件IU,执行部件EU和总线部件BU这四个部件的并行操作,提高了吞吐率,加快了处理速度而68000处理器则是Motorola公司680*0微处理器的鼻祖,采用CISC构造,于1979年推出,用于最早的Apple Macintosh计算机,以及Apple LaserWriter ⅡSC和Hewlett-Packard公司的LaserJet打印机68000具有32位部存放器,但只能在16位数据总线上传送数据处理器能访问16兆存,是IBM PC中Intel 8088的16倍68000系列处理器广泛应用于街机中,我们所熟悉的日本街机厂商Cap、SNK和的IGS,他们生产的街机主板都是采用的68000系列的处理器图7 Motorola公司68000第4阶段第4阶段〔1985——1992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到达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、TE*AS等〕也推出了80386/80486系列的芯片80386是Intel 公司在1985年推出的CPU芯片,让Intel公司的微处理器开启了32位时代80386它是80*86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部含27.5万个晶体管,超过4004芯片的一百多倍时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz每秒可处理500万条指令同时也是第一款具有"多任务〞功能的处理器80386的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80*86处理器来提供多任务能力。
总的来说80386的重要特点是:1) 首次在*86处理器中实现了32位系统〔IA-32〕2) 可配合使用80387数字辅助处理器增强浮点运算能力3) 首次采用高速缓存〔外置〕解决存速度瓶颈问题除了标准的80386芯片,也就是80386D*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:80386S*、80386SL、80386DL等80386-D*:主流版本外部数据总线都是32 位,地址总线也是32位80386-S*:1988年末推出的廉价版本外部数据总线16位,地址总线24位,与80286一样,从而方便80286电脑的升级由于部的32位构造及其他优化设计,80386-S*性能仍大大优于80286,而价格只相当于80386-D*的三分之一,因而很受市场的欢送与之相配的数学辅助处理器型号为80387-S*80386-SL:1990年推出的低功耗版本,基于80386-S*增加了系统管理方式〔SMM〕工作模式,具有电源管理功能,可以自动降低运行速度乃至休眠状态以实现节能80386-DL:1990年推出的低功耗版本,基于80386-D*与80386-SL类似图8 Intel 80386处理器还有一款微处理器被很多人无视,这就是Intel RapidCAD。
RapidCAD是英特尔有史以来第一款为旧款个人计算机所提供的升级套件〔也就是OverDrive的始祖〕原386的使用者不需要更换主机板,只要把RapidCAD买回来将主机板上旧有的中央处理器芯片〔CPU〕替换掉,就可以享受接近486的运算能力RapidCAD其实就是把486 D*芯片去掉部高速缓存然后装入386的封装里面,RapidCAD也不支持486增加的新指令不过由于386封装的频宽限制,RapidCAD对整体的效能提升比不上直接升级到486 D*一样频率下,486 D*可以有比386/387快上两倍的速度,而RapidCAD在整数运算方面最多只能提升35%,在浮点运算方面,则可以提升将近70%。