详述Intel系列CPU架构的发展史

Intel系列CPU架构的发展史CPU(CentralprocessingUnit)，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。（一）、4004时代1971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。是第一个用于计算器的4位微处理器，含有2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，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：（二）、8008时代世界上第一款8位处理器C8008共推出两种速度：0.5Mhz以及0.8Mhz，虽然比4004的工作时脉慢，但是整体效能要比4004好上许多。8008可以支持到16KB的内存。D8008则是后期出的量产版，发布时间为1972年，8位运算+16位地址总线+16位数据总线，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。（三）、8080时代intel推出的8080不仅扩充了可寻址的存储器容量和指令系统，而且指令执行速度是8008的10倍。另一方面8080可直接与TTL（晶体管-晶体管逻辑）兼容，而8008则不能，这样就使得接口设计更容易，而且价格更便宜。8080可寻址的范围（64KB）是8008（16KB）的4倍，随后，1974年第一台PC机MITSAltair8800问世了。它写的BASIC语言解释程序是由BillGates（比尔·盖茨）和PaulAllen于1975年开发的，他们是Microsoft公司的创始人。（四）、8085时代8085的最低主频3MHz，最高主频也不过6MHz。当年使用此CPU的厂商非常多，包括了AMD，FUJI，TOSHIBA，SIEMENS等等。此CPU是8085系列中拥有最高主频的一颗。（五）8086时代1978年，Intel公司首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086，它的产品线也分了3个部分，分别是8086，8086－8，8086－10。后缀分别代表了CPU的主频。8086是整个产品线中最低主频的一颗，仅仅是4.77MHz。它与上一代产品最大的区别就在于它是一颗16bit的处理器。同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，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，这两种芯片使用相同的指令集，可以互相配合提升科学运算的效率。（六）80286时代1982年，Intel推出了划时代的最新产品80286芯片，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，与8086相比，80286寻址能力达到了16MB，可以使用外存储设备模拟大量存储空间，还能同时运行多个任务，其速度比8086提高了5倍甚至更多。（七）80386时代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，制造工艺也有了很大的进步。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25MHz。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。同时也是第一种具有“多任务”功能的处理器——这对微软的操作系统发展有着重要的影响。（八）80486时代【80486，最后一代以数字编号的cpu】1989年，Intel推出80486芯片，它集成了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。（九）、Pentium（奔腾）时代【P5架构，带来了第一款与数字无关的处理器】1993年，英特尔发布了Pentium(奔腾)处理器。本来按照惯常的命名是80586，但是因为实际上“586”这样的数字不能注册成为商标使用，因此英特尔绝对使用自造的新词来作为新产品的商标——Pentium。Pentium处理器集成了310万个晶体管，最初推出的初始频率是60MHz、66MHz，后来提升到200MHz以上。第一代的Pentium代号为P54C。但是由于其Socket插座与其后推出的Socket7不同，不但不能升级以外，更有极大可能是有内部缺陷的产品，最后，当时的英特尔总裁安迪葛洛夫于1993年11月29日向全球用户道歉，并承诺回收产品，最终的结果是重新赢得了消费者的信任，Pentium再度成为市场上最畅销的产品。（十）Pentiumpro即P6架构1995年Intel推出了PentiumPro（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PentiumPro实际市场生命也非常的短，但PentiumPro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。新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持。PentiumPro的工作频率有150/166/180和200MHz四种，都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存，有550万个晶体管。PentiumPro的推出，为以后Intel推出PⅡ奠定了基础。（十一）、PentiumMMX即P6架构支持多媒体技术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”）。英特奔腾MMX的推出，是Intel的辉煌时代的到来。它并没有集成当时卖力不讨好的二级缓存，而是采用MMX技术去增强性能。MMX技术是INTEL最新发明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Intel公司为增强奔腾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，还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB（16K指命+16K数据），因此MMXCPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时，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。（十二）PentiumII融合MMX技术——Intel近10年来在架构方面最显著的提高。MMX技术提升了视频的加压和解压、图像处理、编码及I/O处理，所有的这一切在今天的办公套件、商用多媒体、通信和Internet中被广泛地应用。1单指令---多数据(SIMD)技术：使得一条指令能完成多重数据的的工作。这就好比一个长官对整个排发出立正!的命令,而不是对每个士兵都说一遍。SIMD允许芯片减少在视频、声音、图像和动画中计算密集的循环。2新的指令集：Intel的工程师们特别设计了57条功能强大的指令,以更有效地操作、处理视频、声音和图像数据。3.紧密相连的512K二级高速缓存器4.266MHz处理器主频,支持嵌入式应用5.66MHz系统总线频率6.优化的包装体积：4×2.5×0.39英寸。7.能耗低：整个模块最大能耗为12.4W。为满足嵌入式应用市场的需求，Intel还将提供应用软件开发支持、参考设计、第三方开发工具和服务零售商的联络信息、BIOS以及操作系统。在Intel奔2之后，为了占领更多的市场，推出了celeron系列，核心架构也和PentiumII一样，具有MMX多媒体指令集，但是PentiumII上的L2缓存没了，除了可以降低成本之外，最主要是为了和当时的主流PentiumII在效能上有所分别；当时PentiumII处理器的外频为100MHz(最早是PentiumII350)，而属于低价的Celeron则是维持传统的66MHz。由于不具L2缓存的Celeron效能以及价位上并不能够取代K6-2（奔腾2），所以Intel再度推出新版本的Celeron（核心代号：Mendocino），不但加上了L2缓存之外，而且采用PPGA封装技术，在Intel强力促销下，成功的成为低价处理器的主流，其中更是以Celeron300A扮演着相当重要的角色。可以看得出，Celeron与PentiumII是英特尔决定将高低产品线用不同的品牌区分的开始，事实也证明这种市场策略的成功。（十三）、PentiumIII时代：【P6架构一直沿用】1999年英特尔发布了PentiumIII处理器，引入了70条新指令（SIMD，SSE），主要用于因特网流媒体扩展、3D、流式音频、视频和语音识别功能的提升。PentiumIII可以使用户有机会在网络上享受到高质量的影片，并以3D的形式参观在线博物馆、商店等，PentiumIII处理器集成了950万个晶体管，并且是首个使用0.26微米技术的微处理器。同样，PentiumIII也有对应型号的Celeron处理器，来应对低端市场。起初的P3处理器仍然采用Slot1接口，随后英特尔开发出来代替SLOT架构的Socket370架构，也采用零插拔力插槽，对应的CPU是370针脚，并且将制造工艺成功专制成0.18微米。与此同年，作为PentiumIIXeon的后继者，英特尔还发布了PentiumIIIXeon处理器，它加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。在缓存速度与系统总线结构上，也有很多进步，很大程度提升了性能，（十四）、PentiumIV时代：巅峰王朝-------NetBurst架构。2000年英特尔发布了Pentium4处理器，自此Intel来到了一个一统江湖的时代。基于Pentium4处理器的个人电脑，可以让用户创建专业品质的影片，透过因特网传递电视品质的影像，并进行实时语音、影像通讯，实时3D渲染，快速进行MP3编码解码运算，在连接因特网时运行多个多媒体软件。（分别为423针、478针）NetBurst架构的Pentium4是Intel沿用时间最长的一代构架，具有较快的系统总线、高级传输缓存，Pentium4还提供的SSE2指令集。尽管如今的Pentium4已经是众人皆知的产品，但是在其发展初期可并不是一帆风顺。第一代Pentium4（Willamette）核心就饱受批评。起初P4处理器集成了4200万个晶体管，并设计有256KB二级缓存，此时的整体性能受到很大影响。很快改进版的Pentium4（Northwood）出现了，新款处理器集成了5500百万个晶体管；采用0.18微米进行制造。当然Pentium4也有对应型号的Celeron处理器，来应对低端市场。Socket478的Pentium4处理器面积很小，其针脚排列极为紧密。英特尔公司的Pentium4系列和P4赛扬系列都采用此接口。随着制造工艺的进步，Intel将取代Northwood核心的新Prescot（普雷斯科特）核心处理器的制造工艺全面转移到了90纳米，Prescot核心处理器已经将晶体管数量由原来的5500万个提升到现在的1．25亿个晶体管，晶体管数量的增加能够使芯片存储量增至原来的两倍，而芯片的体积更小，这样可大幅提高芯片运行速度。（十五）、安腾（Itanium）处理器64位处理器时代的到来2001年英特尔推出的Itanium是64位处理器家族中的首款产品，2002年推出英特尔安腾2（Itanium2）处理器。该处理器能为数据库、计算机辅助工程、网上交易安全等提供领先的性能。英特尔推出新款Pentium4处理器内含创新的Hyper-Threading（HT）超执行绪技术。超执行绪技术能同时快速执行多项运算应用。（十六）、奔腾M/赛扬M（PentiumM/CeleronM）处理器【PentiumM架构】奔腾M处理器、855芯片组家族、英特尔PRO/无线2100网卡是英特尔迅驰™移动计算技术的三大组成部分。英特尔迅驰移动计算技术：专门用