Intel系列CPU架构的发展史
Intel系列CPU架构的发展史
CPU(Central processing Unit),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:0.5 Mhz以及0.8 Mhz,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MITS Altair 8800问世了。它写的BASIC语言解释程序是由Bill Gates(比尔·盖茨)和Paul Allen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3 MHz,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Socket 7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)Pentium pro 即P6架构
1995年Intel推出了Pentium Pro(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Pentium Pro实际市场生命也非常的短,但Pentium Pro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。Pentium Pro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。Pentium Pro的推出,为以后Intel推出PⅡ奠定了基础。
(十一)、Pentium MMX 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MMX CPU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)Pentium II 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 Pentium II 一样,具有 MMX 多媒体指令集,但是 Pentium II 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 Pentium II 在效能上有所分别;当时Pentium II 处理器的外频为100 MHz (最早是 Pentium II 350),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 Celeron 300A 扮演着相当重要的角色。可以看得出,Celeron与Pentium II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)、Pentium III 时代 :【P6架构一直沿用】
1999年英特尔发布了Pentium III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。Pentium III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,Pentium III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,Pentium III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Slot 1接口,随后英特尔开发出来代替SLOT架构的Socket 370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Pentium II Xeon的后继者,英特尔还发布了Pentium III Xeon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)、Pentium IV时代:巅峰王朝------- NetBurst架构。
2000年英特尔发布了Pentium 4处理器,自此Intel来到了一个一统江湖的时代。基于Pentium 4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)
(十五)、安腾(Itanium)处理器 64位处理器时代的到来
(十六)、奔腾M/赛扬M(Pentium M /Celeron M)处理器 【Pentium M架构】
(十七)、Core Duo处理器 ====【Yonah微架构】
(十八)、Core 2 Duo 处理器 ===【真正的Core微架构】
(十九)、Penryn家族处理器 ===【也采用Core微架构,主要是工艺改进】
(二十)、Nehalem家族处理器 ==== 【Nehalem架构,45nm】
酷睿i5处理器是英特尔的一款产品,同样建基于Intel Nehalem微架构
(二十一)、Westmere 家族处理器 ====【Nehalem微架构,32nm】
(二十二)、Sandy bridge (SNB)家族处理器 ===【sandy bridge架构,32nm】
型号级别 |
描述 |
举例 |
XM |
移动四核至尊版 |
i7-2920XM |
QM |
移动四核标准版 |
i7-2820QM |
M |
移动双核电源优化版 |
i7-2620M |
(二十三)、Ivy bridge 家族处理器 ===【sandy bridge架构,22nm】
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