CPU的发展历程和趋势文计081-2班李香 200890513216号CPU是Central Processing Unit（中央微处理器）的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成。

它的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium 4时代，只经过了不到二十年的时间。

从生产技术来说，最初的8088集成了29000个晶体管，而PentiumⅢ的集成度超过了2810万个晶体管；CPU的运行速度，以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。

CPU的内部结构归纳起来可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。

按照其处理信息的字长，CPU可以分为： 4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器。

Intel 8086/8088：1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器.8086微处理器最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB。

1979年，英特尔公司又开发出了8088。

8086和8088在芯片内部均采用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。

8088采用40针的DIP封装，工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz，微处理器集成了大约29000个晶体管。

8086和8088问世后不久，英特尔公司就开始对他们进行改进，他们将更多功能集成在芯片上，这样就诞生了80186和80188。

这两款微处理器内部均以16位工作，在外部输入输出上80186采用16位，而80188和8088一样是采用8位工作。

1981年8088芯片首次用于IBMPC机中，开创了全新的微机时代。

最早的i8086/8088是采用双列直插（DIP）形式封装，从i80286开始采用方形BGA扁平封装（焊接），从i80386开始到Pentiumpro开始采用方形PGA（插脚），1982年，INTEL推出了80286芯片，该芯片含有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，可寻址16MB内存。

Intel 80286：1982年，英特尔公司在8086的基础上研制出了80286微处理器，该微处理器的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为16MB。

80286可工作于两种方式，一种叫实模式，另一种叫保护方式。

80286集成了大约130000个晶体管。

8086～80286这个时代是个人电脑起步的时代，当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少，它在人们心中是一个神秘的东西。

到九十年代初，国内才开始普及计算机。

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8086处理器来提供多任务能力。

Intel 80386：1985年10月17日，英特尔划时代的产品——80386DX正式发布，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后还有少量的40MHz产品。

80386DX的内部和外部数据总线是32位，地址总线也是32位，可以寻址到4GB内存，并可以管理64TB的虚拟存储空间。

它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟86”的工作方式，可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供任务能力。

80386最经典的产品为80386DX－33MHz，由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域，80386使32位CPU成为了PC工业的标准。

虽然当时80386没有完善和强大的浮点运算单元，但配上80387协处理器，80386就可以顺利完成许多需要大量浮点运算的任务，从而顺利进入了主流的商用电脑市场。

1990年推出的80386SL和80386DL都是低功耗、节能型芯片，主要用于便携机和节能型台式机。

80386SL与80386DL的不同在于前者是基于80386SX的，后者是基于80386DX的，但两者皆增加了一种新的工作方式：系统管理方式(SMM)。

当进入系统管理方式后，CPU就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作，甚至停止运行，进入"休眠"状态，以达到节能目的。

Intel 80486：1989年INTEL推出了80486芯片，这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。

80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。

80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。

80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍，内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。

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。

由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。

Intel Pentium：1993年，全面超越486的新一代586 CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。

AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来对付芯片巨人，但是由于奔腾微处理器的性能最佳，英特尔逐渐占据了大部分市场。

Pentium最初级的CPU是Pentium 60和Pentium 66，分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下，早期的奔腾75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。

经典奔腾的性能相当平均，整数运算和浮点运算都不错。

PENTIUM含有310万个晶体管，时钟频率最初为60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。

66MHZ的PENTIUM微处理器的性能比33MHZ的80486DX提高了3倍多，而100MHZ的PENTIUM则比33MHZ的80486DX快6至8倍。

Intel Pentium Pro：PENTIUM引起的轰动尚未结束，INTEL公司又推出了新一代微处理器--P6。

P6含有550万个晶体管，时钟频率为133MHZ，处理速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。

P6的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。

值得注意的是在P6的一个封装中除P6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内部通讯总线互连。

P6最引人注目的是具有一项称为"动态执行"的创新技术，这是继PENTIUM在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。

这是第一代产品，二级Cache有256KB或512KB，最大有1MB 的二级Cache。

工作频率有:133/66MHz(工程样品)，150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。

Intel PentiumⅡ：1998年7月，Intel推出了用于服务器和工作站的PentiumII至强器（PentiumIIXeon)。

PentiumⅡ中文名称叫“奔腾二代”，它采用新的P6微处理器结构，0.25微米制造，最低主频400MHz,内部带有512K或1M二级高速缓存。

PentiumII至强使用的是330线的SLOT2插槽，使L2高速缓存与CPU主频同步运行，系统性能有很大的提高，当然，体积也比SLOT1的PentiumII稍大。

它有Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai等几种不同核心结构的系列产品，其中第一代采用Klamath核心，0.35微米工艺制造，内部集成750万个晶体管，核心工作电压为2.8V。

PentiumⅡ微处理器采用了双重独立总线结构，使用了一种脱离芯片的外部高速L2 Cache，容量为512KB，并以CPU主频的一半速度运行。

英特尔将PentiumⅡ的L1 Cache从16KB增至32KB。

1998年4月16日，英特尔第一个支持100MHz额定外频的、代号为Deschutes的350、400MHz CPU正式推出。

采用新核心的PentiumⅡ微处理器不但外频提升至100MHz，而且它们采用0.25微米工艺制造，其核心工作电压也由2.8V降至2.0V，L1 Cache和L2 Cache分别是32KB、512KB。

支持芯片组主要是Intel的440BX。

Intel PentiumⅢ：1999年2月26日春节刚过，英特尔公司就发布了采用Katmai核心的新一代微处理器—PentiumⅢ，打响了1999年CPU大战的第一枪。

PentiumIII的内核和PentiumII大致一样，只有新增加了70条SSE （StreamingSIMDExtensions,单指令对数据流扩展）指令集，使CPU的浮点运算能力得到增强，提高了CPU对浮点运算密集型应用程序的执行效率。

处理器除采用0.25微米工艺制造，内部集成950万个晶体管，Slot 1架构，此外目前的PentiumIII主频为450MH和500MHz,0.25微米工艺制造，32K一级高速缓存，512K二级高速缓存同样以CPU主频的一半运行，核心电压2.0V，仍然使用Slot1插槽。

需要注意的是，目前支持SSE指令集的软件还很少，不能体现出SSE指令的优势，随着各大软件厂商对SSE指令的支持，PentiumIII的性能将会有更大的提高，并新增加了能够增强音频、视频和3D图形效果的SSE(Streaming SIMD Extensions,数据流单指令多数据扩展)指令集，共70条新指令。

两家世界上最大的处理器制造厂AMD和Intel曾都遇到一个难题,那就是“频率”。

频率作为衡量处理器好坏的标准已经成为了大多数人的定论。

低频率就代表着一颗处理器性能的滞后。

在设计者提高处理器内部进程的数量、增加缓存容量等方法纷纷用尽以后,似乎残酷的现实告诉设计者们:单核心处理器已经走到尽头。

双核心被Intel和AMD确定为下步发展项目也就不足为奇了。

AMD和Intel的双核技术在物理结构上也有很大不同之处。

AMD将两个内核做在一个Die(内核)上,通过直连架构连接起来,集成度更高。