cpu的发展史 cpu的发展史

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CPU从最初发展到现在已经有20多年了。在此期间，根据处理信息的字长，CPU可分为4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器和64位微处理器。可以说，个人电脑的发展是随着CPU的发展而推进的。

英特尔4004

1971年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一款可用于微型计算机的四位微处理器。它包含2300个晶体管。

然后Intel推出了8008，由于计算性能差，市场反应不理想。

1974年，8008发展成8080，成为第二代微处理器。

8080作为电子逻辑电路的替代品，应用于各种电路和设备中。没有微处理器，这些应用就无法实现。

因为微处理器可以用来完成很多以前用较大设备完成的计算任务，而且价格便宜，各种半导体公司开始竞相生产微处理器芯片。

Zilog公司在1976年生产了8080增强型Z80，摩托罗拉公司生产了6800，Intel公司生产了8085增强型，但这些芯片基本没有改变8080的基本特性，都属于第二代微处理器。

均采用NMOS技术，集成约9000个晶体管，平均指令执行时间1 μ s ~ 2 μ s，采用汇编语言、BASIC和Fortran编程，使用单用户操作系统。

英特尔8086

英特尔公司1978年生产的8086是第一个16位微处理器。

不久，Zilog和摩托罗拉也宣布了生产Z8000和68000的计划。

这是第三代微处理器的起点。

8086微处理器最高频率8MHz，16位数据通道，内存寻址能力1MB。

同时，Intel还生产了数学协处理器i8087。这两个芯片使用兼容的指令集，但在i8087的指令集中加入了一些专门用于对数、指数、三角函数等数学计算的指令。

这些指令集统称为x86指令集。

虽然英特尔先后生产了第二代和第三代更先进更快的新CPU，但它们仍然与原来的x86指令兼容，而且英特尔在命名后续CPU时遵循了原来的x86顺序，直到商标注册问题才放弃用阿拉伯数字命名。

1979年，英特尔开发了8088。

8086和8088都在芯片内部使用16位数据传输，因此被称为16位微处理器，但8086每个周期可以发送或接收16位数据，而8088每个周期仅使用8位。

因为原来的设备和芯片大部分都是8位的，所以8088的外部8位数据收发可以兼容这些设备。

8088采用40引脚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，Intel开始对其进行改进，他们在芯片上集成了更多的功能，诞生了80186和80188。

两个微处理器内部都使用16位，80186在外部输入和输出中使用16位，而80188和8088使用8位。

1981年，美国IBM公司在其PC中使用了8088芯片，从而开创了微型计算机的新时代。

从8088年开始，个人电脑的概念开始在世界各地发展。

自从8088应用到IBM PC上，个人电脑真正进入了人们的工作和生活，也标志着一个新时代的开始。

英特尔80286

1982年，英特尔公司开发了基于8086的80286微处理器。微处理器最大频率为20MHz，内外数据传输为16位。使用24位内存寻址，内存寻址能力为16MB。

80286可以工作在两种模式下，一种叫做实模式，另一种叫做保护模式。

在真实模式下，微处理器可以访问的总内存限制为1兆字节。在保护模式下，80286可以直接访问16兆内存。

此外，80286在保护模式下工作，可以保护操作系统，不像真实模式或8086等不受保护的微处理器，遇到异常应用会停止系统。

IBM公司将80286微处理器用于先进技术的微型计算机，即AT机，引起了极大的轰动。

80286在以下四个方面比其前辈有显著的改进:支持更大的内存；可以模拟内存空；能够同时运行多个任务；提高了处理速度。

最早的PC速度是4MHz，第一台基于80286的AT机运行在6MHz到8MHz。一些厂商也自行提高了速度，使80286达到20MHz，意味着性能有了很大进步。

80286的包是一个正方形的包，叫做PGA。

PGA是一种源自PLCC的廉价包装。它有一个内部和外部实心引脚。在这个封装中，80286集成了大约130000个晶体管。

IBM PC/AT微机的总线保留了XT的三层总线结构，增加了高低字节总线驱动转换逻辑和高字节总线。

和XT机一样，CPU是焊接在主板上的。

当时的原机只指IBM PC，而兼容机是IBM PC以外的。

当时除了英特尔，还有AMD和西门子公司生产CPU，人们也不在乎自己的电脑用什么CPU，因为AMD等公司生产的CPU和英特尔的差不多，直到486时代人们才开始关心自己的CPU。

8086 ~ 80286是个人电脑开始的时代。当时国内很少有人使用甚至看到PC，这在人们心目中是一件很神秘的事情。

直到90年代初，计算机才开始在中国普及。

英特尔80386

1985年春天，英特尔公司成为一流的芯片公司，并决心全面开发新一代32位CPU——80386。

Intel为80386设计了三个技术点:使用“286类”结构，开发80387微处理器增强浮点运算能力，开发缓存解决内存速度瓶颈。

1985年10月17日，英特尔划时代的产品80386DX正式发布。它包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5兆赫兹，然后逐渐增加到20兆赫兹、25兆赫兹和33兆赫兹。最后还有几款40MHz的产品。

80386DX的内外数据总线是32位，地址总线也是32位，可以寻址4GB内存，管理64TB虚拟存储空。

除了真实模式和保护模式，其运行模式还增加了“虚拟86”工作模式，通过同时模拟多个8086微处理器，可以提供多任务能力。

80386DX的指令比80286多，12.5MHz频率的80386每秒可以执行600万条指令，比16MHz频率的80286快2.2倍。

80386最经典的产品是80386DX-33MHz。一般我们指的是80386。

由于32位微处理器强大的计算能力，PC的应用扩展到了商务办公与计算、工程设计与计算、数据中心与个人娱乐等诸多领域。

80386让32位CPU成为PC行业的标准。

当时80386还没有一个完善而强大的浮点运算单元，但是有了80387协处理器，80386可以成功完成很多需要大量浮点运算的任务，从而成功进入主流商用计算机市场。

此外，30386对其他外设配件有丰富的支持，如82258、8259A、8272、82385、82062等。

针对内存的速度瓶颈，英特尔为80386设计了Cache，并采用预读内存的方法来缓解这一速度瓶颈。从那以后，缓存和CPU就成了齐头并进的东西。

英特尔80387/80287

严格来说，80387不是真正意义上的CPU，而是带有80386DX的协处理芯片，也就是说80387只能辅助80386完成浮点运算，功能非常单一。

英特尔80386SX

1989年，英特尔推出了准32位微处理器芯片80386SX。

这是英特尔为了扩大市场份额而推出的一款便宜又受欢迎的CPU。其内部数据总线为32位，外部数据总线为16位。可以接受为80286开发的16位I/O接口芯片，降低整机成本。

80386SX推出后，受到市场的广泛欢迎，因为80386SX的性能比80286好很多，价格只有80386的三分之一。

英特尔80386SL/80386DL

1990年，英特尔推出了两种386芯片，80386SL和80386DL，专门用于笔记本电脑。

这两类芯片可以说是80386DX/SX的节能，其中80386DL基于80386DX内核，80386SL基于80386SX内核。

这两种芯片不仅耗电少，还具有电源管理功能，可以在CPU不工作时自动切断电源。

摩托罗拉68000

摩托罗拉的68000是1984年推出的第一款32位微处理器。推出后性能超群，深得苹果青睐，苹果在其划时代的个人电脑“PC-Mac”中采用了该芯片。

但80386推出后，逐渐衰落。

AMD Am386SX/DX

AMD的Am386SX/DX是与80386DX兼容的第三方芯片，与英特尔的80386DX性能相当，成为当时的主流产品之一。

IBM 386SLC

这是IBM在研究80386的基础上设计的，与80386完全兼容，由Intel制造。

386SLC基本上是在80386SX的基础上内置的Cache，包含了80486SX的指令集，性能很好。

英特尔80486

1989年，英特尔推出了我们大家都很熟悉的80486芯片。

这款芯片已经开发了四年，投入了3亿美元，它的伟大之处在于，它第一次突破了100万个晶体管的限制，集成了120万个晶体管，采用了1微米的制造工艺。

80486的时钟频率从25MHz逐渐增加到33MHz、40MHz、50MHz。

80486将80386、数学协处理器80387和8KB缓存集成在一个芯片上。

80486集成的80487的数字运算速度是之前的80387的两倍，内部缓存缩短了微处理器和慢DRAM之间的等待时间。

此外，80x86系列首次采用RISC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模式，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80387数学协处理器的80386 DX高4倍。

随着芯片技术的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC的外部设备受到技术的限制，只能承受有限的工作频率，阻碍了CPU频率的进一步提高。

在这种情况下，出现了CPU倍频技术，使CPU内部工作频率是微处理器外部频率的2 ~ 3倍，由此得名486 DX2和486 DX4。

英特尔80486 DX

常见的80486 CPU有80486DX-33，40，50。

和386 DX一样，486 CPU内外都是32位，但是最慢的486 CPU比最快的386 CPU快，因为486 SX/DX执行一条指令只需要一个振荡周期，而386DX CPU需要两个周期。

英特尔80486 SX

因为80486 DX CPU有内置浮点协处理器，功能强大，当然贵。

为了满足普通用户，尤其是不需要做大量浮点运算的用户的需求，英特尔公司推出了486 SX CPU。

80486 SX主板一般有80487协处理器插座。如果需要浮点协处理器的功能，可以插一个80487协处理器芯片，相当于486 DX。

常见的80486sx CPUs有:80486sx-25和33。

英特尔80486 DX2/DX4

其实这个CPU的名字和频率有关。这个CPU的内部频率是主板频率的2/4倍，比如80486DX2-66。CPU频率66MHz，主板频率只有33MHz。

英特尔80486 SL CPU

80486 SL CPU最初是为笔记本电脑和其他便携式电脑设计的。和386SL一样，这款芯片使用3.3V代替5V电源，还内置了切断电路，使微处理器等可选部件在不工作时也能休眠，从而降低笔记本电脑等便携电脑的能耗，延长使用时间。

英特尔486 OverDrive

升级486 SX可以在主板的协处理器插槽上安装一个80487SX芯片，相当于486 DX，但是这次升级后，只是增加了浮点协处理器的能力，并没有提高系统的速度。

为了提高系统的速度，还有一种升级方法，就是在协处理器插槽中插入一个486 OverDrive CPU。其原理与486 DX2 CPU相同，内部运算速度可以是外部的两倍。

比如一个OverDrive CPU安装在一个20MHz的主板上之后，CPU的内部运行速度可以达到40MHz。

486 OverDrive CPU也有浮点协处理器的功能，常见的有overdrive-50、66、80。

TI 486 DX

作为世界著名的半导体制造商之一，美国的德州仪器也在486时代异军突起。自己生产486 DX系列CPU。特别是486DX2成为主流后，其DX2-80因为性价比高成为当时的主流产品之一。TI 486的最高频率是DX4-100，但再也没有进入CPU市场。

Cyrix 486DLC

这是Cyrix公司生产的486 CPU，也就是说它的效率接近486 CPU，但严格来说并不是486 CPU，这是由486 CPU的特性决定的。

486DLC CPU只将386DX CPU和1K Cache结合在一个芯片上，没有浮点协处理器，执行一条指令需要两个振荡周期。

但由于486DLC CPU的巧妙设计，486DLC-33 CPU的效率接近英特尔的486SX-25，而486DLC-40 CPU的效率超过了486SX-25，而且486DLC-40 CPU的价格比486SX-25便宜。

486DLC CPU是为升级386DM而设计的。如果有一台386的电脑，想升级到486，但又不想换主板，可以拔掉原来的386DLC CPU，插一个486DLC CPU。

Cyrix 5x86

由于英特尔采取了不同的方法开发了奔腾，Cyrix很快推出了新一代产品5x86。

继续使用原486系列CPU插座，主频从100MHz提高到120MHz。

与486相比，5x86的性能有所提升，但与奔腾相比，不仅浮点性能远远不够，而且Cyrix一直引以为傲的整数运算性能也没有那么高，给人一种绰绰有余的感觉。

由于5x86可以使用486主板，所以一般认为是过渡产品。

AMD 5x86

AMD 486DX是AMD在486市场的利器。拥有内置16KB回写缓存，开启单周期多指令时代，还拥有分页虚拟内存管理技术。

因为TI以极低的价格推出了486DX2-80，英特尔推出了奔腾系列，AMD为了抢占市场的空荒推出了5x86系列CPU。

是486频率最高的产品，是5x86-120和133。

它采用集成16K回写缓冲器，0.35微米技术，33×4 133频率，性能直接针对Pentiun 75，功耗比奔腾小。

英特尔奔腾

1993年，完全超越486的新一代586 CPU问世。为了摆脱486时代微处理器名称的混乱，英特尔公司为其新一代奔腾命名，以区别AMD和Cyrix产品。

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

奔腾的主CPU是奔腾60和奔腾66，分别工作在60MHz和66MHz，与系统总线频率相同，没有我们现在所说的倍频设置。

早期奔腾75 MHz ~ 120MHz采用0.5微米制造工艺，后期奔腾120MHz以上采用0.35微米制造工艺代替。

经典奔腾的性能相当一般，整数运算和浮点运算都不错。

英特尔奔腾MMX

为了提高计算机在多媒体和3D图形方面的应用能力，出现了很多新的指令集，其中最著名的三个是英特尔的MMX，SSE和AMD的3D NOW！。

MMX是英特尔在1996年发明的多媒体指令增强技术。它包括57个多媒体指令，可以同时处理多个数据。在软件的配合下，MMX技术可以获得更好的性能。

通用奔腾的官方名称是采用MMX技术的奔腾，于1996年底发布。

自从多功能奔腾以来，英特尔就锁定了其CPU的倍频。然而，MMX的中央处理器有很强的过频能力，它也可以通过增加内核电压来过频，所以超频在当时是一个非常时髦的动作。

超频这个词就是从那个时候开始流行的。

万能奔腾是英特尔继奔腾之后的又一成功产品，生命力相当顽强。

多功能奔腾在原有奔腾的基础上进行了重大改进，增加了片上16KB数据缓存、16KB指令缓存、4路写缓存、分支预测单元和返回堆栈技术。

特别是新增的57 MMX多媒体指令，使得多功能奔腾比同频率的奔腾CPU快得多，即使是运行非MMX优化的程序也是如此。

这57条MMX指令专门用于处理音频和视频数据。

这些指令可以大大缩短CPU处理多媒体数据的等待时间，使CPU具有更强大的数据处理能力。

与经典奔腾不同，多能奔腾采用双电压设计，核心电压为2.8V，系统I/O电压仍为3.3V。

如果主板不支持双电压设计，就不能升级到多功能奔腾。

代号为P55C的多功能奔腾是第一款采用MMX技术的CPU，具有16KB数据L1缓存、16KB指令L1缓存、SMM兼容性、64位总线、528MB/s带宽、2时钟等待时间、450万个晶体管和17瓦功耗。

支持的工作频率为:133兆赫兹、150兆赫兹、166兆赫兹、200兆赫兹和233兆赫兹。

英特尔奔腾专业版

曾几何时，奔腾Pro是高端CPU的代名词，奔腾Pro的性能让当时很多人大跌眼镜。但是奔腾Pro是用32位数据结构设计的CPU，所以当奔腾Pro运行16位应用时，性能一般，但仍然是32位的赢家。后来，MMX的出现使它黯然失色。

奔腾Pro的核心架构代码是P6，是第一代产品。L2缓存是256千字节或512千字节，最大L2缓存是1兆字节。

工作频率为133/66兆赫、150/60兆赫、166/66兆赫、180/60兆赫和200/66兆赫。

AMD K5

K5是AMD自主生产的第一款x86 CPU，发布于1996年。

因为K5在开发中遇到了问题，上市时间比英特尔的奔腾晚很多，性能也不好，这个不成功的产品一度让AMD失去了很多市场份额。

K5的性能很一般，整数运算能力不如Cyrix的6x86，但还是比奔腾略胜一筹，浮点运算能力远不如奔腾，但比Cyrix略胜一筹。

总的来说，K5是一个实力相对一般的产品。

K5的低价显然比它的表现更吸引消费者。低价是这款CPU最大的卖点。

AMD K6

AMD自然不愿意让奔腾主宰CPU市场，于是他们在1997年推出了K6。

K6 CPU的设计指标相当高，拥有全新的MMX指令和64KB L1 Cache，整体性能优于奔腾MMX，接近同主频P ⅱ的水平。

与K5相比，K6可以并行处理更多的指令，并以更高的时钟频率运行。

AMD在整数运算方面已经很成功了，K6在运行需要MMX或者浮点运算的应用方面稍微落后，比同频率的奔腾差很多。

K6拥有32KB数据L1缓存、32KB指令L1缓存、880万个集成晶体管、0.35微米技术、五层CMOS、C4工艺芯片反向贴装、168 mm2核心面积、Socket7架构。

Cyrix 6x86/MX

Cyrix也是资深CPU开发者。早在x86时代，Cyrix和Intel、AMD就形成了三人局面。

自Cyrix与美国国家半导体公司合并后，终于拥有了自己的芯片生产线，成品日趋完善和齐全。

Cyrix的6x86是上市的奔腾兼容微处理器。

IDT·温彻普

美国IDT公司作为这一领域的新的CPU制造商，于1997年推出了WinChip作为第一款微处理器产品，占整个CPU市场不到1%。

1998年5月，IDT宣布推出其第二代产品WinChip 2。

WinChip 2在原有WinChip的基础上做了一些改进，增加了双指令MMX单元，增强了浮点运算功能。

改进后的WinChip 2性能比同频率的WinChip高10%左右，基本达到了英特尔奔腾微处理器的性能。

英特尔奔腾ⅱ

1997年到1998年，CPU市场竞争异常激烈，这一时期的CPU芯片五颜六色，光彩夺目。

奔腾ⅱ，中文名字叫Pentium II，有几个核心结构不同的系列产品，如Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai等。第一代采用Klamath内核，0.35微米工艺制造，内部集成750万个晶体管，内核工作电压2.8V V..

奔腾ⅱ微处理器采用双独立总线结构，即一条总线连接L2缓存，另一条总线负责主存。

奔腾ⅱ采用与芯片分离的外置高速L2 Cache，容量512KB，运行速度是CPU频率的一半。

作为补偿，英特尔将奔腾ⅱ的L1缓存从16KB增加到32KB。

此外，为了击败竞争对手，英特尔首次在奔腾ⅱ中采用了专利保护的插槽1接口标准和SECC封装技术。

1998年4月16日，英特尔首款350 MHz、100MHz CPU，代号Deschutes，正式上线。

采用新内核的奔腾ⅱ微处理器不仅将外部频率提高到100MHz，而且采用0.25微米工艺制造，内核工作电压也从2.8V下降到2.0V，L1 Cache和L2 Cache分别为32KB和512KB。

支持的芯片组主要是Intel的440BX。

1998年到1999年间，英特尔公司推出了至强，一种功能比奔腾ⅱ更强大的CPU。

微处理器采用与奔腾ⅱ相同的内核，0.25微米制造工艺，支持100MHz外接频率。

至强最多可以配备2MB Cache，以CPU核心频率运行，与奔腾ⅱ所用的芯片不同，称为CSRAM。

另外支持八个CPU系统；采用36位内存地址和PSE模式，最大内存带宽为800兆字节/秒..

至强微处理器主要用于性能要求较高的服务器和工作站系统。此外，至强的接口形式也发生了变化，插槽2架构略大于插槽1。

英特尔赛扬

为了进一步占领低端市场，英特尔于1998年4月推出了一款廉价的中央处理器——赛扬。

赛扬有266兆赫和300兆赫两种版本，均采用Covington内核和0.35微米工艺制造。内部集成1900万个晶体管和32KB一级缓冲，工作在2.0V和66MHz。

与奔腾ⅱ相比，赛扬消除了片上L2缓存，大大降低了成本，但由于没有L2缓存，微处理器的性能大大降低，整体性能甚至不如奔腾MMX。

为了弥补赛扬微处理器缺乏L2高速缓存的性能不足，并进一步打击低端市场的竞争对手，英特尔在Celeron266和300推出后不久，就发布了新的赛扬微处理器——Celeron 300 A、333和366。

与老赛扬不同的是，新赛扬采用0.25微米工艺制造，采用插槽1架构和SEPP封装，内置32KB L1缓存和128KB L2缓存，工作在与CPU相同的核心频率，大大提高了L2缓存的工作效率。

AMD K6-2

AMD在1998年4月正式推出了K6-2微处理器。

它采用0.25微米工艺制造，芯片面积减少到68平方毫米，晶体管数量增加到930万。

另外，K6-2有64KB L1 Cache，L2 cache集成在主板上，容量从512KB到2MB不等，速度与系统总线频率同步，工作电压2.2V，支持Socket 7架构。

K6-2是100MHz总线频率的K6芯片，支持3D Now！浮点指令的“组合”。

3D现在！技术是对x86系统的一大突破，大大增强了密集浮点运算处理3D图形和多媒体的性能。

此外，K6-2支持超标量MMX技术和100MHz总线频率，这意味着系统与L2缓存和内存之间的传输速率提高了近50%，从而大大提高了整个系统的性能。

cy rix Mⅱ

Cyrix Mⅱ作为Cyrix公司自主开发的最后一款微处理器，于1998年3月生产。

除了6x86本身的特性，微处理器还支持MMX指令，内核电压为2.9V，指令长度为256字节。3.5X倍频；核心集成650万个晶体管，功耗20.6瓦；64KB L1缓存。

上升mp6

Rise是一家美国公司，成立于1993年11月，主要生产x86兼容CPU，1998年推出mP6 CPU。

Mp6不仅便宜，而且性能优异，多媒体性能好，浮点运算能力强。

Mp6采用Socket 7/Super 7兼容Socket，只有16KB一级缓存。

英特尔奔腾ⅲ

1999年春节刚过，英特尔公司就发布了——奔腾ⅲ，一款基于Katmai内核的新一代微处理器。

微处理器采用0.25微米工艺制造，950万晶体管，槽1架构，还具有以下新特点:系统总线频率100MHz；采用第六代CPU核心P6微架构，针对32位应用进行优化，双独立总线；一级缓存32KB，二级缓存512KB，运行速度是CPU内核的一半。采用SECC2包装形式；新增了SSE的K6-ⅲ，可以增强音视频和3D图形的效果。是公司最后一个支持Super 7架构和CPGA包的CPU。采用0.25微米制造工艺，核心面积135平方毫米，集成2130万个晶体管，工作于2.2 V/2.4 V。

与K6-2相比，K6-ⅲ最大的变化是内部集成了256KB的L2缓存，以CPU的主速度运行。

K6-ⅲ的这种变化将充分发挥高频的优势。