CPU发展史与摩尔定律

CPU发展史与摩尔定律袁楚倩吴键欣法学院10国际法1夏集杰法学院10国际法1李极一、CPUCPU(CentralProcessingUnit)，即中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制核心。它就像是人的大脑，统领整个身体的运作如思考、反应等等。一切的信息，都要经过CPU的处理，CPU的性能，是整个系统性能表现的关键。CPU的主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。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，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。二、CPU发展历史1971年1月，Intel公司的霍夫(MarcianE.Hoff)成功研制出世界第一枚4位的微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器的问世，微处理器和微机时代从此开始。4004当时只有2300个晶体管，时钟频率108KHz，每秒执行6万条指令，功能比较弱，当时只能用在Busicom计算器上。1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管。1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管。Intel386AMD3861993年，Pentium处理器面世，标志着处理器进化到第五代。Pentium是Intel首个放弃利用数字来命名的处理器产品，在微架构上取得突破，让电脑更容易处理“现实世界”的资料，例如语音、声音、书写、以及相片影像。处理器晶体管数量达到310万。2000年，Intel推出了划时代处理器Pentium4，它内建了4200万个晶体管，以及采用0.18微米的电路。Intel4004的运作频率为108KHz，Pentium4初期推出版本的速度就高达1.5GHz，翌年8月，Pentium4处理器速度达到2GHz的里程碑。时至今日，CPU已经发展到第八代，即现在最新的COREI5/I7处理器。处理器的核心数量也从单核发展到双核、4核，最多甚至到80核。纵观CPU三十多年的发展历史，我们可以总结出以下几点：1.CPU的制造工艺提升，晶体管数量不断增加；2.CPU的运行频率不断提高；3.CPU的一、二级寄存器的容量不断增大；4.CPU的核心数量逐渐增多；5.相对同等价钱的CPU，性能呈几何级数上升；二、摩尔定律Intel公司成立于1968年，由格鲁夫（左）、诺依斯（中）和摩尔（右）共同创办。晶体管的密度每过18个月就会翻一番，性能提升一倍，这就是摩尔定律。现状：CPU发展面临多重极限1.摩尔定律将不在有效当今的半导体技术已经接近了诸多物理极限，晶体管的大小不可能小于一个分子的大小，而实际应用中认为5个分子大小已经是半导体所能实现的最小尺寸（大概是10nm的量级），也就是说处理器制成在进入10nm后将几乎不可能再提高。从6微米发展到10纳米，晶体管数量限制也将在此到达极限。2.CPU运行频率极限当今处理器运行频率已经达到极高的3.2MHz(每秒495亿次)，然而，如果不断再提高运行频率，会导致空间极少的晶体管之间发生物理电离，大大影响处理器的稳定性与寿命。3.寄存器大小极限寄存器的大小不能再扩容。三、CPU的未来之路有以下几种发展方向：1.改变晶体管排列方式，优化结构；2.CPU多核心发展；3.新材料：石墨半导体；4.技术革命：光处理器、DNA计算机；Intel80核处理器谢谢观看