专题资料（2021-2022年）Inter CPU的发展历史和未来前景.docx

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1、Inter CPU的发展历史和未来前景1968年，神奇而伟大的Intel公司成立了，格鲁夫、诺依斯和摩尔是微电子业界的梦幻组合。1971年，INTEL（英特尔）公司推出了世界上第一台微处理器4004。Intel 4004微处理器集成了2250个晶体管，每个晶体管的距离是10微米，它能够处理4比特的数据，每秒运算6万次，运行的频率为108Khz，成本不到100美元。英特尔公司的首席执行官戈登摩尔将4004称之为“人类历史上最具革新性的产品之一”。 Intel 4004微处理器功能较弱，计算速度较慢，以至于只能在Busicom计算器上使用，更不用说进行复杂的数学计算了。但是相比第一套计算机ENIA

2、C来说，功能和体积有了长足的进步。 1978年，INTEL公司推出了命名为i8086的16位微处理器，同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，由于这两种芯片所用的指令集相互兼容，所以人们统称它们为“X86”指令集。Intel推出了8086处理器，到今天为止它仍然是所有x86兼容处理器的基础。Intel 8086集成2.9万只晶体管，时钟频率为4.77MHz，内部数据总线(CPU内部传输数据的总线)、外部数据总线(CPU外部传输数据的总线)均为16位，地址总线为20位，可寻址1MB内存。 1979年Intel推出8088处理器。Intel 8088处理器内含29000个晶体管，地址总线为

3、20位，时钟频率为4.77MHz，可以使用1M内存。8088处理器的内部数据处理总线为16位，外部数据总线为8位。8088芯片在IBM PC中的使用也开创了全新的微机时代。1981年Intel发布了一个不太重要的CPU80186，这颗CPU没有被PC厂商所采纳，据说主要是软件兼容的问题而被废弃。1982年Intel在8086的基础上，推出了80286芯片。286芯片具备16位字长，集成了14.3万只晶体管，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，从而大大扩

4、展了80286的工作范围，还能通过多任务硬件机构使处理器在各种任务间来回快速切换，以同时运行多个任务，其速度比8086提高了5倍甚至更多。1985年10月17日Intel发布了80386处理器。80386处理器被广泛应用在1980年代中期到1990年代中期的IBM PC兼容机中。这些PC机称为“80386电脑”或“386电脑”，有时也简称“80386”或“386”。80386处理器首次在x86处理器中实现了32位系统，可配合使用80387数字协处理器增强浮点运算能力，并且首次采用高速缓存（外置）解决内存速度瓶颈问题。80386有三种工作模式：实模式、保护模式、虚拟86模式。实模式为DODX可以

5、直接访问4G字节的内存，并具有异常处理机制；虚拟86模式可以同模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力。 80386的广泛应用，将PC机从16位时代带入了32位时代。80386的强大运算能力也使PC机的应用领域得到巨大扩展，商业办公、科学计算、工程设计、多媒体处理等应用得到迅速发展。1989年，80486处理器面市。80486处理器集成了120万个晶体管，时钟频率由25MHz逐步提升到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，并在X86系列中首次使用了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

6、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协处理器的80386提高了4倍。早期的486分为有协处理器的486DX和无协处理器的486SX两种，其价格也相差许多。随着芯片技术的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高，在这种情况下，出现了CPU倍频技术，该技术使CPU内部工作频率为处理器外频的23倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而来。 1993年，全面超越486的新一代586处理器问世，为了摆脱486时代处理器名称混乱的困扰，最大的CPU制造商Intel公司把自己的新

7、一代产品命名为Pentium（奔腾）以区别AMD和Cyrix的产品。 Pentium处理器包含了310万个晶体管，内置了16K的L1 Cache，时钟频率由最初的60Mhz和66Mhz到后来的200MHz。1995年秋天，英特尔发布了Pentium Pro处理器。Pentium PRO是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，主频有150/166/180和200MHz四种。Pentium Pro处理器总共集成了550万个晶体管，并且整合了高速二级缓存芯片，性能比Pentium更胜一筹。 Pentium Pro处理器将L2 cache与CPU封装在一起“PPGA封装技术”（L2 cac

8、he在486和Pentium中都是设置在主板上），两个芯片之间用高频宽的总线互连，连接线路也被安置在封装中。这使得内置的L2 cache能更容易地运行在更高的频率上，从而大大提高程序的执行速度。 外部地址总线扩展至36位，处理器的直接寻址能力64GB，为将来发展留下余地。采用动态执行技术，这是Pentium处理器技术的又一次飞跃。该技术通过预测程序流程并分析程序的数据流，可选择最佳的指令执行顺序。意即指令不必按程序为它规定的顺序执行，只要条件具备就可以执行，从而使程序达到更高的运行效率。Pentium Pro处理器在技术上取得了较大的进步，但是Pentium Pro处理器高昂的价格使得这款处理

9、器没有良好的销售业绩。于是1996年，Intel公司推出了Pentium MMX处理器。 Pentium MMX是英特尔在Pentium内核基础上改进，最大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令极大地提高CPU处理多媒体数据的效率。MMX指令非常成功，在之后生产的各型CPU都包括这些指令集。1997年英特尔发布了Pentium II处理器。其内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。此时，英特尔 Pentium II架构已经从Socket 7转成Slot 1，并首次引入了S.E.C封装(Single Edge Contact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。Slot

10、 1的Pentium II晶体管数为900万，并且具有两种版本的核心：Klamath与Deschutes。 1997年底，Intel推出了没有集成二级缓存的Celeron处理器。由于性能不佳很快就淘汰出了市场。1998年Intel发布了Pentium II Xeon（至强）处理器。Xeon是英特尔引入的新品牌，当时Intel公司为了区分服务器市场和普通个人电脑市场，决定研制全新的服务器CPU，命名也跟普通CPU做了一些明显的区分，称为Pentium II Xeon，取代之前所使用的Pentium Pro品牌。Pentium II Xeon处理器不但有更快的速度，更大的缓存，更重要的是可以支持多

11、达4路或者8路的SMP对称多CPU处理功能，它采用和Pentium II Slot1接口不同的Slot 2接口，必须配合专门的服务器主板才能使用。 1998年上半年，Intel在吸取了集成二级缓存的Celeron处理器的教训，推出了堪称经典的Celeron处理器。 这款Celeron处理器集成了二级缓存，并且采用了66MHz的前端总线，可以轻易的超至100MHz。这使得这款处理器可以稳定运行在450MHz的速度。超频到450MHz的Celeron 300A处理器足以与比它贵不少的Pentium II 400抗衡。1999年，Intel的新一代产品Pentium III处理器，它采用0.25微米

12、制造工艺，新的SECC2插口。Pentium III处理器拥有32K一级缓存和512K二级缓存（运行在芯片核心速度的一半下），包含MMX指令和Intel自己的“ 3D”指令SSE，最初发行的PIII有450和500MHz两种规格，其系统总线频率为100MHz。同年10月，Intel推出了基于0.18微米工艺制造的Pentium III处理器，这款Pentium III处理器有256K在片二级高速缓存，代码名为Coppermine。Coppermine以733MHz登台。随着工艺尺寸从0.25微米减少到0.18微米，不仅提高了Pentium III处理器的时钟速度，也使Intel推出了集成的二级

13、高速缓存。虽然集成的二级高速缓存只有老式Pentium III处理器的一半，但在处理器全速下运行，性能仍有显著提高。 其后Intel推出了Pentium III Xeon处理器。作为Pentium II Xeon的后继者，除了在内核架构上采纳全新设计以外，也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集，以更好执行多媒体、流媒体应用软件。除了面对企业级的市场以外，Pentium III Xeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。Intel还将Xeon分为两个部分，低端Xeon和高端Xeon。其中，低端Xeon和普通的Coppermine一样，仅装备256KB二级缓存，并且不支持多处

14、理器。这样低端Xeon和普通的Pentium III的性能差距很小，价格也相差不多；而高端Xeon还是具有以前的特征，支持更大的缓存和多处理器。2000年Intel推出了Celeron II处理器。Celeron II处理器核心源于Coppermine，Coppermine的二级缓存为256KB，而Celeron II处理器的二级缓存为128KB。第一批Celeron II处理器的外频为66MHz，与Celeron A处理器相同。随后Intel把Celeron II处理器的外频提高到了100MHz。 在这时期市场上还有Tualatin Celeron和TualatinPentium III处理

15、器销售。 进入21世纪，Intel处理器也进入全新的Pentium 4时代。到目前为止Pentium 4共采用了Willamette,Northwood和Prescott核心的三种。 其中Willamette核心属于Pentium 4最早期的产品，是采用0.18微米工艺制造的，代表产品有P4 1.7G和P4 1.8G。因为它发热量比较大、频率提升比较困难，而且二级缓存只有256KB，所以总体性能并不理想，特别是对于超频用户来说，这类产品难以让人感到满意。因此Intel很快就开发出了Northwood核心的产品，以满足消费者的需求。Northwood核心的Pentium 4采用0.13微米工艺制

16、造，相比Willamette内核的处理器，其主频有了很大飞跃，二级缓存也从256K翻番到512KB。而Prescott核心的Pentium 4采用了另人咋舌的31级流水线设计，配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存。在这期间，Intel也推出了Northwood核心的Celeron处理器。Northwood核心的Celeron处理器拥有128kB二级缓存不支持超线程技术。其后又推出了基于Prescott核心的Celeron D处理器。2005年春，Intel正是发布第一款家用的桌面双核CPU-Pentium D805,自此，人们的生活开始进入双核时代。经历两年多的发展， Pentiu

17、m D系列已经比较壮大，旗下共有PD8X5, PD8X0, PD9X5等等型号，由于价格的不断下滑，现在已经成为入门级双核的首选之一。但是，由于CPU的核心构架比较落后，所生产的产品功耗比较高，这也正成全了AMD,因为AMD的CPU流水线较短，工艺也运用的得当，使得同性能的CPU要比Intel的功耗低一些。虽然不断的对Pentium D系列进行制程等工艺方面的改，但他始终不能从AMD手中捞到便宜，始终摆脱不了低能高耗的形象。 为了彻底改变被动局面，2006年7月，Intel正式宣布推出采用Core(中文名“扣肉”)微架构的Conroe桌面级双核心处理器，并于2006年7月27日正式上架销售。C

18、onroe处理器分为两大系列：Core 2 Duo和Core 2 Extreme。首批上市的产品共有5款，其型号分别为：Intel Core 2 Duo E6300、Intel Core 2 Duo E6400、Intel Core 2 Duo E6600、Intel Core 2 Duo E6700和最为顶级的Intel Core 2 Extreme X6800。Core微架构特点： Core微架构拥有双核心、64bit指令集、4发射的超标量体系结构和乱序执行机制等技术，使用65nm制造工艺生产，支持36bit的物理寻址和48bit的虚拟内存寻址，支持包括SSE4在内的Intel所有扩展指令

19、集。Core微架构的每个内核拥有32KB的一级指令缓存、32KB的双端口一级数据缓存，2个内核共同拥有4MB或2MB的共享式二级缓存。 Core微架的桌面版，即Conroe核心处理器又加入了五项主要改革：宽动态指令执行（Intel Wide Dynamic）、智能电源管理（Intel Intelligent Power Capability）、智能缓存技术（Intel Advanced Smart Cache）、智能缓存加速（Intel Smart Memoru Acess）及高级数字媒体增强（Intel Adcanced Digital Media Boost）。附表：历年Inter公司出产的处理器。