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鉴古知今:桌面CPU的发展史

CPU为Central Processing Unit英文简称,也就是中央处理器,它是计算机中最重要的一个组成部分,CPU就像是计算机的心脏。按照CPU处理信息的字长大小,CPU一般分为四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及当今流行的六十四位微处理器等。天缘把桌面CPU的发展采用精简概要的方式,让大家轻松了解Intel这个伟大企业的伟大历程。

1971年,世界上第一块商用微型处理器4004诞生

制作工艺:10微米,集成晶体管2300个

封装类型:DIP-16

工作电压:15V

数据宽度:4位

运行速度:740KHz

芯片介绍:4004的发明人为Intel公司的工程师霍夫,实际上在4004之前还有C3001和C3002,C3001是世界上第一颗固态记忆体,C3002是第一颗具有微处理器雏形,C4004才真正算得上是商用微处理器。C4004只有45条指令,每秒可执行5万条指令,市场售价大约200-1500美元,推出后市场反应平淡,可以说是探求市场的第一个实验品。

1972年,推出8008微处理器

制作工艺:10微米工艺,集成晶体管3500个

封装类型:DIP-18

数据宽度:8位

工作电压:5V

工作频率:0.5 Mhz - 0.8 Mhz

芯片简介:C8008是第一款8位处理器,性能是4004的两倍,拥有3500个晶体管,此时的台式机雏形已基本上形成。8008芯片原本是为Computer Terminal Corporation(CTC)公司设计的,后来由于交货推迟惨遭退货,根据协议,知识产权归INTEL所有。D8008是后期的量产版。

1974年,推出8080微处理器

制作流程:10微米工艺,集成晶体管6000个

封装类型:DIP-40

数据宽度:8位

工作电压:5V

工作频率:2MHz

芯片简介:8080处理是8008的加强版,这个时候,微处理器的优势已经被业内人士所认同,更多的公司接入并进入这一领域,竞争日益激烈。当时与英特尔同台竞技的有RCA(美国无线电公司)、Honeywell、Fairchild、美国国家半导体公司、AMD、摩托罗拉以及Zilog公司。值得一提的是Zilog,世界上第一块4004芯片的设计者Faggin就加盟了该公司。由该公司推出的Z80微处理器比Intel8080功能更为强大,而且直到今天这款处理器仍然被尊为经典。

1978年,推出8086-8088微处理器

1978年,英特尔推出了首枚16位微处理器8086,同时生产出与之配合的数学协处理器8087,这两种芯片使用相同的指令集,以后英特尔生产的处理器,均对其兼容。Intel在同一年推出了性能更出色的8088处理器。三款处理器都拥有29000只晶体管,速度可分为5MHz、8MHz、10MHz,内部数据总线(处理器内部传输数据的总线)、外部数据总线(处理器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。首次在商业市场给消费者提供了更自由选择。

制作流程:3 微米HMOS工艺,集成晶体管29,000个

封装类型:DIP-40

数据宽度:16位

工作电压:5V

工作频率:5 Mhz - 10 Mhz

芯片简介:8086为Intel公司x86架构下的产品元老,8088为8086的简化版,外频宽度被缩减为8位。8088也是IBM第一款个人电脑所采用的微处理器。同时Intel成功将8088销售给IBM全新的个人计算机部门,1981年,IBM推出的首批个人电脑机选用了英特尔8088芯片,使得8088成为了IBM全新热销产品IBM PC的核心。本来IBM准备采用摩托罗拉的芯片,但是最终阴差阳错,还是由8088芯片承担了这项光荣的使命。随着个人电脑的流行,英特尔也开始名扬四海。8088的大获成功使英特尔顺利跻身财富500强之列。如果没有这笔交易,很可能现在芯片市场是由摩托罗拉等一统天下。

1982年,推出80286微处理器,英特尔的最后一块16位处理器

制作工艺:1.5微米工艺,集成晶体管134,000个

封装类型:LCC 68PIN

数据宽度:16位

工作电压:5V

工作频率:4-25MHz

芯片简介:80286是微处理器进入全新技术的标准产品,16位字长,集成13.4万只晶体管,具有6MHz、8MHz、10MHz、12.5MHz四个主频的产品。286是Intel第一款具有完全兼容性的处理器,即可以运行所有针对其早期处理器编写的软件。该产品发布后的6年内,全世界基于286处理器的个人计算机便达到了大约1500万台。 

1985年,推出第一代32位处理器80386

制作流程:1微米CHMOS IV工艺,集成晶体管275,000个

封装类型:132-pin ceramic PGA

数据宽度:32位

工作电压:5V

工作频率:16-40Mhz

代表产品:MG80386、A80386-16、A80386-20、80386SX-16、80386SX-20等,还有很多种。

芯片简介:此时,英特尔的微处理器开始进入到了32位时代。1985年秋,英特尔在伦敦、慕尼黑、巴黎、旧金山和东京同时推出了Intel 80386处理器。这是英特尔第一款32位处理器,集成了27.5万只晶体管,超过了4004芯片的一百倍,每秒可以处理500万条指令。同时也是第一款具有“多任务”功能的处理器。

1989年,推出Intel RapidCAD微处理器

制作工艺:0.8微米CHMOS IV工艺,集成晶体管800,000个

封装类型:PGA 132-PIN

数据宽度:32位

工作电压:5V

工作频率:25 - 33MHz

代表产品:RAPIDCAD 、RAPIDCAD -1、RAPIDCAD -2。

芯片简介:这一款微处理器被很多人忽视,RapidCAD是英特尔有史以来第一款为旧款个人计算机所提供的升级套件(也是OverDrive的始祖)。原386的使用者不需要更换主机板,只要把RapidCAD买回来将主机板上旧有的中央处理器芯片(CPU)替换掉,就可以享受接近486的运算能力。RapidCAD其实就是把486 DX芯片去掉内部高速缓存然后装入386的封装里面,RapidCAD也不支持486增加的新指令。不过由于386封装的频宽限制,RapidCAD对整体的效能提升比不上直接升级到486 DX。相同频率下,486 DX可以有比386/387快上两倍的速度,而RapidCAD在整数运算方面最多只能提升35%,在浮点运算方面,则可以提升将近70%。

1989年,Intel公司推出最后一款以数字编号的处理器80486

制作流程:0.8微米工艺,集成晶体管900,000个(1微米工艺,集成晶体管1,185,000个)

封装类型:168-PIN 网格阵列

数据宽度:32位

工作电压:5V

工作频率:16 - 100MHz

芯片简介:1989年,英特尔发布了Intel 80486处理器。486处理器是英特尔非常成功的商业项目。80486处理器集成了125万个晶体管,时钟频率由25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后来的100Mhz。386和486推向市场后,均大获成功,英特尔在芯片领域的霸主地位日益凸现。此后,英特尔开始告别微处理器数字编号时代,进入到了Pentium时代

1993年,推出Intel Pentium中央处理器芯片

制作工艺:0.6微米,集成晶体管320万个(0.35微米,集成晶体管330万个)

封装类型:296-pin 交叉栅格阵列

数据宽度:32位

工作电压:3.3V

工作频率:50- 200MHz

芯片简介:1993年,英特尔发布了Pentium(俗称586)中央处理器芯片(CPU)。本来按照惯常的命名规律是80586,但是因为像586这样的数字是不能注册成为商标使用的,再者任何竞争对手都可以用586来扰乱消费市场。事实上在486发展末期,就已有公司将486等级的产品标识成586来销售。因此英特尔决定改用自创的Pentium品牌来作为新产品的商标。

Pentium是x86系列一大革新。其中晶体管数大幅提高、增强了浮点运算功能、并把十年未变的工作电压降至3.3V。Pentium刚推出的时候拥有浮点数除法不正确的错误(FDIV Bug),导致英特尔大量回收第一代产品(1994年十二月之前的产品),所以有FDIV Bug的微处理器所剩不多。Pentium 50Mhz也有这个FDIV错误,不过A80501-50只是业界样本,从来没有在市场上出现过。

1997年,推出Intel Pentium MMX中央处理器

制作工艺:0.35微米,集成晶体管450万个

封装类型:296-PIN 交叉栅格阵列

数据宽度:32位

工作电压:2.8V

工作频率:166 MHz - 300 MHz

芯片简介:1997年1月,Intel公司推出了Pentium MMX处理器,它在X86指令集的基础上加入了57条多媒体指令。这些指令专门用来处理视频、音频和图象数据,使CPU在多媒体操作上具有更强大的处理能力,Pentium MMX还使用许多新技术。单指令多数据流SIMD技术能够用一个指令并行处理多个数据,缩短了CPU在处理视频、音频、图形和动画时用于运算的时间;流水线从5级增加到6级,一级高速缓存扩充为16K,一个用于数据高速缓存,另一个用于指令高速缓存,因而速度大大加快;Pentium MMX还吸收了其他CPU的优秀处理技术,如分支预测技术和返回堆栈技术。

Pentium MMX相当于Pentium的加强版中央处理器芯片(CPU),除了增加67个MMX(Multi-Media eXtension)指令以及64位数据型态之外之外,也将内建指令及数据暂存(Cache)从之前的8KB增加到16KB,内部工作电压降到2.8V。而英特尔之后的桌上型中央处理器皆包含了MMX指令。

Intel Pentium OverDrive中央处理器芯片又是一项英特尔造福旧计算机使用者的升级选择。Pentium OverDrive有两种,一种不含MMX(5V)是给80486升级用的,另一种含MMX(3.3V)是给Pentium早期产品(Socket6, 50-66Mhz)升级的。都包含散热器及风扇。

1997-1998年,推出Pentium II处理器

制作工艺:0.35微米,集成晶体管450万个(0.25微米,集成晶体管750万个)

封装类型:Single Edge Contact Cartridge

数据宽度:32位

工作电压:2.8V

工作频率:233MHz - 450MHz

芯片简介:1997年5月7日,英特尔发布Pentium II 233MHz、Pentium II 266MHz、Pentium II 300MHz三款PII处理器,采用了0.35微米工艺技术,核心提升到750万个晶体管组成。采用SLOT1架构,通过单边插接卡(SEC)与主板相连,SEC卡盒将CPU内核和二级高速缓存封装在一起,二级高速缓存的工作速度是处理器内核工作速度的一半;处理器采用了与Pentium PRO相同的动态执行技术,可以加速软件的执行;通过双重独立总线与系统总线相连,可进行多重数据交换,提高系统性能;PentiumII也包含MMX指令集。Intel此举希望用SLOT1构架的专利将AMD等一棍打死,可没想到Socket 7平台在以AMD的K6-2为首的处理器的支持下,走入了另一个春天。而从此开始,Intel也开始走上了一条前途不明的道路,开始频繁的强行制定自己的标准,企图借此达到迅速挤垮竞争对手的目的,但市场与用户的需要使得Intel开始不断的陷入被动和不利的局面。

1999年,推出Intel Pentium III处理器

制作工艺:0.25微米,集成晶体管950万个

封装类型:Single Edge Contact Cartridge 2 (SECC2),后又转成PPGA、FC-PGA

数据宽度:32位

工作电压:2V

工作频率:400 MHz - 1400 MHz

芯片简介:1999年2月26日,英特尔发布Pentium III 450MHz、Pentium III 500MHz处理器,同时采用了0.25微米工艺技术,核心由950万个晶体管组成,从此INTEL开始踏上了PIII旅程。 Pentium III相当于Pentium II的加强版,新增七十条新指令(SIMD,SSE)。Pentium III与Pentium II一样有Mobile、Xeon以及Cerelon等不同的版本。Celeron系列与Pentium III最大的差距在于二级缓存,100MHz外频的Tualatin Celeron 1GHz可以轻松地跃上133MHz外频。更为重要的是,Tualatin Celeron还有很好的向下兼容性,甚至440BX主板在使用转接卡之后也有望采用该CPU,因此也成为很多升级用户的首选。

2000年,Intel Pentium 4处理器 

制作工艺:0.18 微米

封装类型:PPGA、FC-PGA

数据宽度:32位

工作电压:2V

工作频率:400 MHz - 1400 MHz

芯片简介:Pentium 4是英特尔市场策略进入新纪元的开始。从P4开始,Intel已经不再每一两年就推出全新命名的中央处理器芯片,反而一再使用Pentium 4这个名字,并一直延续了五年。纵观微处理器的发展,集成度每次都有大幅度的提高,到了Pentium 4,额定功率已经达到了72W,为了适应CPU的大功率能耗,必须为CPU设计专门的供电电路或通道,因此从Pentium 4开始的主板上都附设额外的电源接口以满足处理器的供电需求。另一方面随着发热量的增加,一个散热风扇也成了一个必需品。

2001-2010年,Intel的这10年,继续秉承Tick-Tock战略(奇数年份更新工艺(Tick),偶数年份更新处理器架构(Tock))

2001年:Intel 至强(Xeon)处理器,应用目标是那些即将出现的高性能和中端双路工作站、以及双路和多路配置的服务器。该处理器基于英特尔NetBurst™ 架构,设计用于为视频和音频应用、高级互联网技术及复杂3D图形提供所需要的计算动力。

2001年:Intel 安腾(Itanium)处理器,英特尔安腾处理器是英特尔推出的64位处理器家族中的首款产品。该处理器设计用于高端、企业级服务器和工作站。

2002年:Intel 安腾2处理器(Itanium2) Intel Pentium 4 /Hyper Threading处理器 英特尔安腾2处理器是安腾处理器家族的第二位成员,同样是一款企业用处理器。

2003年:Intel 奔腾 M(Pentium M) /赛扬 M (Celeron M)处理器 英特尔奔腾M处理器,英特尔855芯片组家族以及英特尔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。

2005年:Intel 奔腾 D 处理器,首颗内含2个处理核心的Intel Pentium D处理器登场,正式揭开x86处理器多核心时代。

2005年:Intel Core处理器 这是英特尔向酷睿架构迈进的第一步。但酷睿处理器并没有采用酷睿架构,而是介于NetBurst和Core之间(第一个基于Core架构的处理器是酷睿2)。最初酷睿处理器是面向移动平台的,它是英特尔迅驰3的一个模块。酷睿有数个版本:Duo双核版,Solo单核版等。

2006年:Intel Core 2 (酷睿2,俗称“扣肉”)/ 赛扬 Duo 处理器 Core微架构桌面/移动处理器:桌面处理器核心代号Conroe。将命名为Core 2 Duo/Extreme家族,其E6700 2.6GHz型号比先前推出之最强的Intel Pentium D 960(3.6GHz)处理器,在效能方面提升了40%,省电效率亦增加40%,Core 2 Duo处理器内含2.91亿个晶体管。移动处理器核心代号Merom。是迅驰3.5和迅驰4的处理器模块。当然这两种酷睿2有区别,最主要的就是将FSB由667MHz/533MHz提升到了800MHz。

英特尔酷睿2双核处理器图

 

2007年:Intel QX9770四核至强处理器,先进制程带来的节能冷静,HI-K的引进使CPU更加稳定。先进的SSE4.1指令集、快速除法器,卓越的执行效率,INTEL在处理器方面不断领先 。

2008年:Intel Atom凌动处理器 ,Intel四核至强处理器,英特尔已经推出了若干四核台式机芯片,作为其双核Quad和Extreme家族的组成部分。在服务器领域,英特尔将在其低电压3500和7300系列中交付使用不少于具有9个四核处理器的Xeons。

2009年:Intel Core i7推出,集成晶体管7.31亿,突破性的设计,封装从LGA775更改为LGA 1366,包括Core i7-920、Core i7-940和Core i7 Extreme Edition 965,都是默认DDR3-1066,彻底抛弃DDR2,个头都比775大一倍。另外 i5 和 Core i3也即将上市,Core i5将会采用45nm工艺,为Nehalem 架构,预定脚位分别为LGA1156 。

2010年,Core i3估计要等2010年登场,预定脚位LGA 1155,可能采用32nm工艺, Westmere 架构。晕倒,封装又变。

 

让我们共同感激并铭记这个已沥世纪风雨的英雄企业——Intel公司!

特别申明:

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