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介紹壹下CPU的歷史。

計算機的發展主要表現在其核心部件——微處理器的發展上。每當壹種新型的微處理器出現,都會帶動計算機系統其他組件的相應發展,如計算機體系結構的進壹步優化、存儲器訪問容量和訪問速度的不斷提高、外圍設備的不斷改進以及新設備的不斷湧現。

根據微處理器的字長和功能,其發展可分為以下幾個階段。

階段1

1階段(1971——1973)是4位和8位低檔微處理器的時代,通常稱為1代。其典型產品是Intel4004和Intel8008微處理器以及分別由它們組成的MCS-4和MCS-8微型計算機。基本特點是采用PMOS技術,集成度低(4000個晶體管/芯片),系統結構和指令系統簡單,主要采用機器語言或簡單匯編語言,指令較少(20條以上),基本指令周期20~50μs,用於簡單控制場合。

1969年,英特爾開始為日本計算機制造商Busicom的壹個項目開發第壹個微處理器,並為壹系列可編程計算機開發了多種芯片。最後,英特爾以1971 11 15向全球市場推出了4004微處理器,當時每顆英特爾4004處理器的價格為200美元。4004是英特爾的第壹款微處理器,為未來系統智能功能和個人電腦的發展奠定了基礎。它的晶體管數量約為2300個。

第二相

第二階段(1974-1977)是8位中高檔微處理器時代,通常稱為第二代。其典型產品有Intel8080/8085、摩托羅拉、Zilog Z80等。它們的特點是NMOS技術,集成度提高了約4倍,運算速度提高了約10~15倍(基本指令的執行時間為1~2μs)。指令系統相對完整,具有典型的計算機架構和中斷、DMA等控制功能。軟件方面,除了匯編語言,還有BASIC、FORTRAN等高級語言,相應的解釋器、編譯器,後期出現的操作系統。

1974年,英特爾推出了8080處理器作為Altair個人電腦的計算核心。牽牛星是電視劇《星艦冒險》中“企業號”飛船的目的地。當時,電腦愛好者可以花395美元購買壹套Altair套件。幾個月就賣出了幾萬套,成為歷史上第壹款下單後制造的機型。英特爾8080晶體管數量約為6000個。

第3階段

第三階段(1978-1984)是16位微處理器時代,通常稱為第三代。其典型產品有Intel的8086/8088、摩托羅拉的M68000和Zilog的Z8000。其特點是采用了HMOS技術,集成度(20000 ~ 70000個晶體管/芯片)和運算速度(基本指令執行時間為0.5μs)比二代提高了壹個數量級。指令系統更加豐富完善,多級中斷,多種尋址方式,分段存儲機制,硬件乘除部件,壹個軟件系統。這壹時期著名的微機產品包括IBM的個人電腦。1981年,IBM推出的個人電腦采用8088CPU。然後1982年推出了擴展個人電腦IBM PC/XT,擴充了內存,增加了硬盤。

80286(也稱286)是英特爾第壹款可以執行舊處理器所有專有軟件的處理器。該軟件在兼容後成為英特爾全系列微處理器的註冊商標。在六年銷售期內,估計全球共安裝了15萬臺286個人電腦。Intel 80286處理器的晶體管數量是134000。1984年,IBM推出了以80286處理器為核心的16位增強型個人計算機IBM PC/AT。由於IBM在開發個人電腦時采取了開放技術的策略,個人電腦風靡全球。

第四階段

第四階段(1985-1992)是32位微處理器時代,也稱為第四代。其典型產品有Intel的80386/80486,摩托羅拉的M69030/68040等。其特點是采用HMOS或CMOS工藝,集成度高達654.38+0萬個晶體管/芯片,具有32位地址線和32位數據總線。每秒可完成600萬條指令(MIPS)。微型計算機的功能已經達到甚至超過超級微型計算機,完全能夠進行多任務、多用戶操作。同時,其他壹些微處理器廠商(如AMD和德州)也推出了80386/80486系列芯片。

80386DX具有32位內外數據總線和32位地址總線,可尋址4GB內存,管理64TB虛擬存儲空間。其運行模式除了實模式和保護模式外,還增加了壹種“虛86”工作模式,可以通過同時模擬多個8086微處理器來提供多任務能力。80386SX是Intel為了擴大市場份額而推出的壹款廉價且受歡迎的CPU。其內部數據總線為32位,外部數據總線為16位。可以接受為80286開發的16位輸入輸出接口芯片,降低整機成本。80386SX推出後,受到了市場的廣泛歡迎,因為80386SX的性能比80286好很多,而價格只有80386的三分之壹。英特爾80386微處理器包含275,000個晶體管,比最初的4004多100倍。這款32位處理器首次支持多任務設計,可以同時執行多個程序。英特爾80386晶體管數量約為275000個。

1989,我們都很熟悉的80486芯片是Intel推出的。這款歷時四年研發、投資3億美元的芯片的偉大之處在於,它實際上首次打破了654.38+0萬個晶體管的邊界,集成了654.38+0.2萬個晶體管,並采用了654.38+0微米的制造工藝。80486的時鐘頻率從25MHz逐漸提高到33MHz、40MHz、50MHz。

80486在壹個芯片上集成了80386、數學協處理器80387和8KB緩存。80486中集成的80487的數字運算速度是之前80387的兩倍,內部緩存縮短了微處理器和慢速DRAM的等待時間。而且80x86系列首次采用RISC(精簡指令集)技術,壹個時鐘周期可以執行壹條指令。它還采用了突發總線模式,大大提高了與存儲器的數據交換速度。由於這些改進,80486的性能比帶有80387數學協處理器的80386 DX高4倍。

第五階段

第五階段(1993-2005)是奔騰系列微處理器時代,通常稱為第五代。典型產品是英特爾奔騰系列芯片以及與其兼容的AMD K6和K7系列微處理器芯片。內部采用超標量指令流水線結構,有獨立的指令和數據緩存。隨著MMX(多媒體擴展)微處理器的出現,微機在網絡化、多媒體化和智能化方面的發展達到了壹個新的高度。

1997推出的奔騰II處理器結合了英特爾MMX技術,可以高效處理電影、音效和繪圖數據。首次采用內置高速緩存的單邊接觸(S.E.C)盒式封裝。這種芯片允許計算機用戶捕捉、編輯數碼照片並通過網絡與朋友和親戚分享,編輯和添加文本、音樂或制作家庭電影的過渡效果,使用可視電話並通過標準電話線和互聯網傳輸電影。英特爾奔騰II處理器的晶體管數量為750萬。

1999推出的奔騰III處理器增加了70條新指令,名為MMX的互聯網流SIMD擴展集可以大大提高高級圖像、3D、流媒體音樂、電影、語音識別和其他應用程序的性能。它可以大大改善使用互聯網的體驗,使用戶能夠瀏覽逼真的在線博物館和商店,並下載高質量的電影。英特爾首次推出0.25微米工藝,英特爾奔騰III晶體管數量約為950萬。

同年,英特爾還發布了奔騰iii至強處理器。作為奔騰II至強的繼任者,它不僅在內核架構上采用了全新的設計,還繼承了奔騰III處理器增加的70個指令集,能夠更好地執行多媒體和流媒體應用。除了面向企業市場,奔騰III至強還加強了電子商務應用和高級商業計算的能力。在緩存速度和系統總線結構方面也有許多改進,這大大提高了性能,並為更好的多處理器合作而設計。

2000年,英特爾發布了奔騰4處理器。用戶可以使用基於奔騰4處理器的個人計算機制作專業質量的電影,通過互聯網傳輸電視質量的圖像,進行實時語音和圖像通信,執行實時3D渲染,快速執行MP3編碼和解碼操作,以及在連接到互聯網時運行多種多媒體軟件。

奔騰4處理器集成了4200萬個晶體管,改進後的奔騰4(諾斯伍德)集成了5500萬個晶體管。並開始使用0.18微米進行制造,初速達到1.5GHz?

奔騰4還提供SSE2指令集,增加了144條全新指令。在SSE中,128bit壓縮的數據只能以四個單精度浮點值的形式處理,而在SSE2指令集中,數據可以以多種數據結構處理:

四個單精度浮點數(SSE 2);對應兩個雙精度浮點數(SSE 2);對應16字節(SSE 2);對應8個字(詞);對應4個雙字(SSE 2);對應兩個四字數字(SSE 2);對應1個整數,128位(SSE2)。

2003年,英特爾發布了奔騰M(移動)處理器。在過去,雖然有移動版的奔騰II、III甚至奔騰4-M產品,但這些產品仍然是基於臺式計算機處理器的設計,增加了壹些節能和管理的新功能。即便如此,奔騰III-M和奔騰4-M的能耗也遠高於專門為移動計算設計的CPU,比如全美達的處理器。

英特爾奔騰M處理器結合了855芯片組家族和英特爾PRO/Wireless2100網絡連接技術,成為英特爾迅馳移動計算技術最重要的組成部分。奔騰M處理器可以提供高達1.60GHz的主頻速度,並包括各種性能增強功能,如用於優化電源的400MHz系統總線、微操作系統和專用堆棧管理器。這些工具可以快速執行指令集並節省電力。

2005年,英特爾推出奔騰D和奔騰至尊版,同時推出945/955/965/975芯片組,支持全新雙核處理器。這兩款采用90nm工藝生產的新型雙核處理器,采用LGA 775接口,無引腳,但處理器底部的芯片電容數量有所增加,排列也有所不同。

桌面平臺的處理器,代號為史密斯菲爾德,官方命名為奔騰D處理器。除了去掉阿拉伯數字,用英文字母代表雙核處理器的世代交替,字母D也更能讓人聯想到雙核的含義。

英特爾的雙核架構更像是雙CPU平臺,奔騰D處理器繼續使用Prescott架構和90nm生產工藝。實際上,奔騰D內核由兩個獨立的Prescott內核組成。每個內核都有壹個獨立的L2緩存和1mB的執行單元,兩個內核加起來是2MB。但由於處理器中的兩個內核都有獨立的緩存,所以需要保證每個二級緩存中的信息完全壹致,否則會出現運算錯誤。

為了解決這個問題,Intel把兩個內核之間的協調交給了外部的MCH(北橋)芯片。雖然緩存之間的數據傳輸和存儲並不龐大,但由於需要通過外部的MCH芯片來協調處理,無疑會給整個處理速度帶來壹定的延遲,從而影響處理器的整體性能。

由於普雷斯科特內核,奔騰D還支持EM64T技術和XD位安全技術。值得壹提的是,奔騰D處理器將不支持超線程技術。原因很明顯:在多個物理處理器和多個邏輯處理器之間正確分配數據流和平衡計算任務並不容易。比如壹個應用需要兩個計算線程,顯然每個線程對應壹個物理內核,但是如果有三個計算線程呢?因此,為了降低雙核奔騰D架構的復雜性,英特爾決定在面向主流市場的奔騰D中取消對超線程技術的支持。

兩者都來自英特爾,奔騰D和奔騰至尊版名稱的不同說明這兩種處理器的規格也是不同的。兩者最大的區別是對超線程技術的支持。奔騰D不支持超線程技術,而奔騰至尊版沒有這個限制。開啟超線程技術後,雙核奔騰至尊版處理器可以模擬另外兩個邏輯處理器,可以被系統識別為四核系統。

奔騰EE系列以奔騰EE8xx或9xx的形式標有三位數,如奔騰EE840等。數字越大,規格越高或支持的功能越多。

奔騰EE 8x0:表示這款產品是Smithfield core,每核1MB L2緩存,800MHzFSB。它和奔騰D 8x0系列唯壹的區別就是只增加了對超線程技術的支持,其他技術特性和參數都是壹樣的。

Pentium EE 9x5:表示這款產品是壹款Presler核心,每核2MB L2緩存,1066MHzFSB。它和奔騰D 9x0系列的區別只是增加了對超線程技術的支持,並將前端總線改進為1066MHzFSB,其他技術特性和參數完全相同。

奔騰4、奔騰4 EE、賽揚D等單核CPU和奔騰D、奔騰EE等雙核CPU均采用LGA775封裝。與之前的插座478接口CPU不同的是,LGA 775接口CPU的底部沒有傳統引腳,而是775觸點,即不是引腳式而是接觸式,通過與相應LGA 775插槽中的775接觸引腳接觸來傳輸信號。LGA 775接口不僅可以有效提高處理器的信號強度和頻率,還可以提高處理器的良率,降低生產成本。

第六階段

第六階段(2005年至今)是酷睿系列微處理器時代,通常稱為第6代。“芯”是領先的節能新型微建築。設計的出發點是提供出色的性能和能效,提高每瓦性能,也就是所謂的能效比。早期的酷睿是基於筆記本處理器的。Core 2:英文名為Core 2 Duo,是英特爾於2006年推出的基於酷睿微架構的新壹代產品系統。發表於2006年7月27日。Core 2是跨平臺架構,包括服務器版、桌面版和移動版。其中,服務器版的開發代碼為Woodcrest,桌面版的開發代碼為Conroe,移動版的開發代碼為Merom。

酷睿2處理器的酷睿微架構是英特爾以色列設計團隊在Yonah微架構的基礎上改進的新壹代英特爾架構。最顯著的變化在於各個關鍵部位的強化。為了提高兩核內部數據交換的效率,采用了* * *共享二級緩存設計,兩核* * *享受高達4MB的二級緩存。

繼LGA775接口之後,英特爾首次推出LGA1366平臺,定位高端旗艦系列。首款采用LGA 1366接口的處理器代號為Bloomfield,采用了改進的Nehalem內核,基於45nm工藝和原生四核設計,內置8-12MB三級緩存。LGA1366平臺再次引入英特爾超線程技術,QPI總線技術取代了從奔騰4時代就開始使用的前端總線設計。最重要的是LGA1366平臺支持三通道內存設計,大大提升了實際性能,這也是LGA1366旗艦平臺與其他平臺在定位上的壹大區別。

作為高端旗艦的代表,LGA1366接口的處理器主要有45nm Bloomfield Core i7四核處理器。隨著2010英特爾進入32nm工藝,高端旗艦的代表被酷睿i7-980X處理器取代。全新的32nm工藝解決了六核技術,擁有最強大的性能。對於準備搭建高端平臺的用戶來說,LGA1366依然占據高端市場,酷睿i7-980X和酷睿i7-950依然是不錯的選擇。

Core i5是基於Nehalem架構的四核處理器,采用集成內存控制器和三級緩存模式,L3達到8MB,支持Turbo Boost等技術的新處理器電腦配置。它和Core i7(Bloomfield)的主要區別是總線沒有使用QPI,而是使用成熟的DMI(直接媒體接口),並且只支持雙通道DDR3內存。結構上采用LGA1156接口,i5有turbo技術,在壹定條件下可以超頻。LGA1156接口的處理器覆蓋了從入門級到高端的不同用戶,32nm工藝帶來了更低的功耗和更好的性能。主流代表是酷睿i5-650/760,中高端代表是酷睿i7-870/870K。我們可以清楚地看到英特爾在產品命名上的定位區分。不過總體來說,高端LGA1156處理器比低端入門更值得購買。面對AMD的低價策略,英特爾酷睿i3系列處理器在性價比上無法與之匹敵。LGA1156高端產品性能更搶眼。

Core i3可以看作是Core i5的進壹步簡化版(或者閹割版),還會有32nm工藝版本(開發代號為Clarkdale,基於Westmere架構)。Core i3最大的特點就是集成了GPU(圖形處理器),也就是說Core i3會被CPU和GPU兩個核心封裝起來。由於集成GPU的性能有限,如果用戶想要獲得更好的3D性能,可以添加顯卡。值得註意的是,即使在克拉克代爾,顯示器核心的制造工藝仍將是45納米。i3 i5最大的區別就是i3沒有turbo技術。以酷睿i3-530/540為代表。

2010年6月,英特爾再次發布革命性的處理器——第二代酷睿i3/i5/i7。第二代酷睿i3/i5/i7屬於第二代智能酷睿家族,均基於全新的Sandy Bridge微架構。相比第壹代產品,主要帶來五大重要創新:1,采用全新32nm Sandy Bridge微架構,功耗更低,性能更強。2、內置高性能GPU(核心顯卡),視頻編碼,圖形性能更強。3、睿頻加速技術2.0,更智能更高效。4.引入新的環形架構,帶來更高的帶寬和更低的延遲。5.全新的AVX和AES指令集,加強了浮點運算和加密解密運算。

SNB(Sandy Bridge)是英特爾在2011年初發布的新壹代處理器微架構。這種架構最大的意義在於重新定義了“集成平臺”的概念,與處理器無縫集成的“核心顯卡”終結了“集成顯卡”的時代。這項開創性的工作得益於全新的32納米制造工藝。由於Sandy Bridge框架下的處理器采用了比之前45nm工藝更先進的32nm制造工藝,理論上進壹步降低了CPU的功耗,電路尺寸和性能顯著優化,為集成圖形核心(核心顯卡)和CPU封裝在同壹基板上創造了有利條件。此外,第二代酷睿還加入了全新的高清視頻處理單元。視頻轉換和解碼的速度與處理器直接相關。由於增加了高清視頻處理單元,新壹代酷睿處理器的視頻處理時間比舊款處理器至少長30%。新壹代Sandy Bridge處理器采用全新LGA1155接口設計,不兼容LGA1156接口。Sandy Bridge是壹種新的微架構,將取代Nehalem,但仍將采用32納米工藝。更吸引人的是,這壹次,英特爾不再是用“膠水”把CPU核心和GPU核心粘在壹起,而是真正做到了合二為壹。

2012北京天文館4月24日下午,英特爾正式發布了常春藤橋(IVB)處理器。22nm Ivy Bridge將執行單元數量翻倍至最多24個,自然會帶來性能的進壹步飛躍。Ivy Bridge將增加壹個支持DX11的集成顯卡。此外,新加入的XHCI USB3.0控制器* * *享有四個通道,因此最多提供四個USB3.0,從而支持原生USB 3.0。cpu的生產采用3D晶體管技術,CPU的功耗會降低壹半。22nm工藝的Ivy Bridge產品將延續LGA1155平臺的使用壽命,所以打算購買LGA1155平臺的用戶至少壹年內不用擔心接口升級的問題。

2013年6月4日,英特爾發布第四代CPU“has well”,第四代CPU引腳(CPU插座)名為Intel LGA1150,主板名為Z87、H87、Q87等8系列芯片組,其中Z87為超頻播放器和高端客戶群,H87為中低端通用級。Haswell CPU將用於筆記本電腦、臺式機CEO封裝和DIY組件CPU,取代目前的第三代Ivy Bridge。

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