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1、CPU的开展历程和开展现状1. 开展历程1.1 X86时代的CPUCPU的溯源可以一直去到1971年。在那一年，当时还处在开展 阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器 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！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、指数和三角函数等数学计算指令。由于这些指令集应用 于i8086和i8087,所以人们也这些指令集统一称之为
2、X86指令集。 1979年，INTEL公司推出了 8088芯片，它仍旧是属于16位微处理器， 含29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位，可使 用1MB存。8088部数据总线都是16位，外部数据总线是8位，而 它的兄弟8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBM PC机中， 开创了全新的微机时代。也正是从 8088开场，PC机个人电脑的 概念开场在全世界围开展起来。1982年，许多年轻的读者尚在襁褓之中的时候，INTE已经推出了划 时代的最新产品枣80286芯片，该芯片比8006和8088都有了飞跃的 开展，虽然它仍旧是16位构造，但是在CPU的部含有13.4万
3、个晶体 管，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其部和外部数据总 线皆为16位，地址总线24位，可寻址16MB存。从80286开场，CPU 的工作方式也演变出两种来：实模式和保护模式。1.2 Intel 80286 处理器1985年INTEL隹出了 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部含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz，25MHz，33MHz。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
4、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。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，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执行一条指令。1.3 Pentium 的来历在286、386、486这些产品深入人心后，1992年10月20日，在纽约第十届PC用户大会上，洛
5、夫正式宣布In tel第五代处理器被命 名Pentium,而不是586,出乎许多人预料。值得注意的是在 Pentimu Pro的一个圭寸装中除Pentimu Pro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部通讯总线互连，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。奔腾Pro 200MHZCPU的L2 CACHE就是运行在200MHZ,也就是工作在与处理器一样的频率 上。这样的设计领奔腾 Pro到达了最高的性能。而Pentimu Pro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执 行的创新技术，这是继奔腾在超标量体系构造上实现
6、实破之后的又 一次飞跃。Pen timu Pro系列的工作频率是150/166/180/200, 级缓 存都是16KB,而前三者都有256KB的二级缓存，至于频率为200的 CPU还分为三种版本，不同就在于他们的置的缓存分别是256KB,512KB, 1MB。不过由于当时缓存技术还没有成熟，加上当时缓存芯 片还非常昂贵，因此尽管 Pen timu Pro性能不错，但远没有到达抛离 对手的程度，加上价格十分昂贵，一次 Pe ntimu 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。1.4辉煌的开场奔腾MMX :INTEL吸取了奔腾
7、Pro的教训，在1996年底推出了奔腾系列的 改良版本，厂家代号P55C,也就是我们平常所说的奔腾 MMX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技术去增强性能。MMX技术是INTEL最新创造的一项多媒体增强指令集技术，它 的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集。MMX是In tel公司在1996 年为增强奔腾CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术，为CPU增加了 57条MMX指令，除了指令集中增加 MMX指令外， 还将CPU芯片的L1缓存由原来的16KB增加到32KB 16K指命+ 16K 数据因此MMX CPU比普通CPU在运行含有MMX指
8、令的程序时， 处理多媒体的能力上提高了 60%左右。MMX技术不但是一个创新， 而且还开创了 CPU开发的新纪元，后来的SSE 3D NOW 等指令集 也是从MMX开展演变过来的。1.5优势确实立一一奔腾n：在接口技术方面，为了击跨INTEL的竞争对手，以及获得更加大 的部总线带宽，奔腾n首次采用了最新的 solt1接口标准，它不再用 瓷封装，而是采用了一块带金属外壳的印刷电路板，该印刷电路板不但集成了处理器部件，而且还包括 32KB的一级缓存。如要将奔腾n 处理器与单边插接卡 辿称SEC卡）相连，只需将该印刷电路板（PCB直 接卡在SEC卡上。SEC卡的塑料封装外壳称为单边插接卡盒，也称 S
9、EC（Si ngle-edgeco ntactCartridg卡盒，其上带有奔腾n的标志和奔腾 n印模的彩色图像。在SEC卡盒中，处理器封装与L2高速缓存和 TagRAM均被接在一个底座（即SEC卡）上，而该底座的一边（容纳处理 器核心的那一边）安装有一个铝制散热片，另一边那么用黑塑料封起 来。除了用于普通用途的奔腾n之外，In tel还推出了用于效劳器和高 端工作站的Xeon系列处理器采用了 Slot 2插口技术，32KB 一级高速 缓存，512KB及1MB的二级高速缓存，双重独立总线构造，100MHz系统总线，支持多达8个CPU1.6世纪末的辉煌一一奔腾III:在99年初，Intel发布了
10、第三代的奔腾处理器一一奔腾III,第一 批的奔腾III处理器采用了 Katmai核，主频有450和500Mhz两种， 这个核最大的特点是更新了名为 SSE勺多媒体指令集，这个指令集在 MMX的根底上添加了 70条新指令，以增强三维和浮点应用，并且可 以兼容以前的所有MMX程序。除了制程带来的改良以外，局部Coppermine奔腾III还具备了 133Mhz 的总线频率和Socket370的插座，为了区分它们，Intel在133Mhz总 线的奔腾III型号后面加了个“ B，Socket370插座后面加了个“ E， 例如频率为550Mhz，外频为133Mhz的Socket370奔腾III就被称为
11、550EB1.7 AMD的绝地还击 Athlon在AMD公司方面，刚开场时为了对抗奔腾 山，曾经推出了 K6-3 处理器。K6-3处理器是三层高速缓存TriLeve构造设计，建有64K 的第一级高速缓存Level 1及256K的第二层高速缓存Level 2， 主板上那么配置第三级高速缓存Level 3。K6-3处理器还支持增强 型的3D Now!指令集。由于本钱上和成品率方面的问题，K6-3处理器在台式机市场上并不是很成功，因此它逐渐从台式机市场消失，转进笔记本市场。真正让AMD扬眉吐气的是原来代号 K7的Athlon处理器。Athlon 具备超标量、超管线、多流水线的 Rise核心3Way
12、SuperScalar Rise core，采用0.25微米工艺，集成2,200万个晶体管，Athlon包含了 三个解码器，三个整数执行单元IEU，三个地址生成单元AGU， 三个多媒体单元就是浮点运算单元，Athlon可以在同一个时钟周 期同时执行三条浮点指令，每个浮点单元都是一个完全的管道。Athlon建128KB全速高速缓存L1 Cache，芯片外部那么是1/2时频率、512KB容量的二级高速缓存L2 Cache ,最多可支持到8MB 的L2 Cache大的缓存可进一步提高效劳器系统所需要的庞大数据吞 吐量。1.8踏入新世纪的CPU进入新世纪以来，CPU进入了更高速开展的时代，以往可望而不
13、 可及的1Ghz大关被轻松突破了，在市场分布方面，仍然是 Intel跟AMD公司在两雄争霸，它们分别推出了 Pentium4、Tualatin核心 Pentium II 和 Celeron、Tunderbird 核心 Athlon、AthlonXP和 Duron 等处理器，竞争日益剧烈 在In tel方面，在上个世纪末的2000年11月，Intel发布了旗下第四代的Pentium处理器，也就是我们天天都能接触到的Pentium4。Pentium 4没有沿用PIII的架构，而是采用了全新的设计，包括等 效于的400MHz前端总线(100 x 4), SSE2旨令集，256K-512KB的二级 缓
14、存，全新的超管线技术及 NetBurst架构，起步频率为1.3GHz在低端CPU方面，Intel发布了第三代的Celeron核心，代号为 Tualati n,这个核心也转用了 0.13微米的工艺，与此同时二级缓存的 容量提高到256KB,外频也提高到100Mhz,目前Tualatin Celeron的 主频有1.0、1.1、1.2、1.3Ghz等型号。Intel也推出了 Tualatin核心的 奔腾III,集成了更大的512KB二级缓存，但它们只应用于效劳器和笔 记本电脑市场，在台式机市场很少能看到。 在AMD方面，在2000年中发布了第二个 Athlon核心 Tunderbird,这个核心的
15、Athlon有以下的改良，首先是制造工艺改良 为0.18微米，其次是安装界面改为了 SocketA这是一种类似于 Socket37Q但针脚数为462的安装接口。最后是二级缓存改为256KB, 但速度和CPU同步，与Coppermine核心的奔腾III 一样。在低端CPU方面，AMD推出了 Duron CPU,它的根本架构和Athlon 一样，只是二级缓存只有64KB2. 国外CPU现状据中科院计算所介绍，“十一五方案期间，中科院计算所将研 制多核的龙芯3号，可用来研制生产高性能的计算机和效劳器， 进一 步缩小与国外先进水平的差距。现在龙芯系列研发和推广的重点依然 是龙芯2号产品，与此同时也末放
16、弃龙芯1号和3号的继续研发，龙 芯家族的各号产品嵌入式系统龙芯1号、PC机龙芯2号和效 劳器龙芯3号研发将齐头并进。面对中国这个潜力广阔的大市场， 龙芯还有很长的一段路要走，合理地找准市场地位，如何发挥其产品 的技术优势并加大应用推广的力度， 是目前龙芯处理所需要做的。目 前单核心处理器已经走到尽头，在国外双核心被In tel和AMD确定为 下步开展工程。双核处理器的应用环境已经颇为成熟， 大多数操作系 统已经支持并行处理，许多新或即将发布的应用软件都对并行技术提 供了支持，双核处理器一旦上市，系统性能的提升将能得到迅速的提 升，整个软件市场其实已经为多核心处理器架构提供了充分的准备。 在单一处理器上安置两个或更多强大的计算核心的创举开
