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簡述CPU的發展趨勢

顯色法

CPU這個名稱最初是對壹系列能夠執行復雜計算機程序或計算機程序的邏輯機器的描述。在“CPU”這個名字被廣泛使用之前,這個模糊的定義很容易就包括了計算機本身。

生日

中央處理器(英特爾)

然而,從20世紀70年代開始,由於集成電路的大規模使用,原本需要由幾個獨立單元組成的CPU被集成到壹個微小但功能強大的微處理器中。這個名字和它的縮寫在電子計算機行業中確實被廣泛使用。雖然與早期相比,CPU在物理形式、設計和制造以及特定任務的執行方面取得了巨大的發展,但其基本工作原理並沒有改變。

1971年,當時還處於開發階段的英特爾公司推出了世界上第壹款真正意義上的微處理器——4004。這不僅是第壹個用於計算器的4位微處理器,也是第壹個個人買得起的電腦處理器!

4004包含2300個晶體管,功能相當有限,速度還很慢。被當時的藍色巨人IBM和大部分商業用戶所不齒,但畢竟是劃時代的產品。從那時起,英特爾就與微處理器結下了不解之緣。可以說,CPU的歷史發展其實就是英特爾X86系列CPU的發展,也就是“CPU歷史之旅”。

起跑比賽

中央處理器(英特爾)

1978年,Intel再次引領潮流,首次生產出16位的微處理器,命名為i8086。同時還出了配套的數學協處理器i8087。這兩個芯片使用了兼容的指令集,但在i8087指令集上增加了壹些專門用於對數、指數和三角函數等數學計算的指令。因為這些指令集應用於i8086和i8087,所以人們也統稱這些指令為X86指令集。

雖然英特爾生產了第二代和第三代更先進、更快的新CPU,但它們仍然兼容原來的X86指令,英特爾在命名後續CPU時遵循了原來的X86序列,直到後來由於商標註冊問題,放棄了用阿拉伯數字命名CPU。至於後來發展起來的其他公司,比如AMD、Cyrix,486之前(含486)的CPU都是以自己的X86 CPU命名的,但是到了586的時候,市場競爭越來越激烈。由於商標註冊問題,他們不能再使用與英特爾的X86 CPU相同或相似的命名,因此他們必須命名自己的586和686兼容CPU。

1979年,Intel推出8088芯片,仍然屬於16位微處理器,包含29000個晶體管。時鐘頻率4.77MHz,地址總線20位,可使用1MB內存。8088的內部數據總線是16位,外部數據總線是8位,而它的兄弟8086是16位。

微型計算機時代的到來

中央處理器(概念圖)

1981年,8088芯片首次用於IBM的PC(個人電腦),開創了壹個全新的微機時代。也是從8088年開始,PC的概念開始在全球範圍內發展。

早期的CPU通常是為大型專用計算機定制的。然而,這種為特定應用定制CPU的昂貴方法已經在很大程度上讓位於開發適用於壹種或多種用途的廉價、標準化的處理器類別。

這種標準化趨勢始於由單個晶體管組成的大型機和微型計算機時代,並隨著集成電路的出現而加速。集成電路使得更復雜的CPU能夠在非常小的空間(微米量級)內被設計和制造。

1982年,很多年輕讀者還在繈褓中的時候,Intel公司已經推出了最新的劃時代產品Zao 80286芯片,相比8086和8088有了很大的發展。雖然當時還是16位結構,但是CPU裏有134000個晶體管。其內部和外部數據總線均為16位,地址總線為24位,可尋址16MB內存。從80286開始,CPU演變為兩種工作模式:實模式和保護模式。

中央處理器(AMD速龍64FX概念圖)

1985年,Intel推出了80386芯片,這是80X86系列的第壹款32位微處理器,其制造工藝也有了很大的進步。與80286相比,80386包含275000個晶體管,時鐘頻率為12.5MHz,之後提升到20MHz、25MHz、33MHz。80386的內部和外部數據總線都是32位,地址總線也是32位,最高可尋址4GB內存。除了實模式和保護模式之外,它還增加了壹種叫做虛擬86的工作模式,可以通過同時模擬多個8086處理器來提供多任務能力。

除了標準的80386芯片,也就是人們常說的80386DX,出於不同的市場和應用考慮,Intel還陸續推出了壹些其他類型的80386芯片:80386SX、80386SL、80386DL等等。

1988年,Intel推出了80386SX,這是市場上定位在80286和80386DX之間的芯片。與80386DX的區別在於外部數據總線和地址總線與80286相同,分別為16位和24位(即尋址能力為16MB)。

高速CPU時代的飛速發展

在1990中,Intel公司推出的80386 SL和80386 DL是低功耗節能芯片,主要用於便攜式電腦和節能臺式機。80386 SL和80386 DL的區別在於,前者基於80386SX,後者基於80386DX,但兩者都增加了新的工作模式:系統管理模式。進入系統管理模式時,CPU會自動降低運行速度,控制顯示屏、硬盤等部件停止工作,甚至停止運行,進入“睡眠”狀態,達到節能的目的。

1989年,眾所周知的80486芯片由Intel公司推出。這款芯片的偉大之處在於,它實際上打破了1萬個晶體管的界限,集成了1.2萬個晶體管。80486的時鐘頻率從25MHz逐漸提高到33MHz和50MHz。80486將80386、數學協處理器80387和壹個8KB緩存集成在壹個芯片中,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80386DX高4倍。和80386壹樣,80486也有幾種類型。上面介紹的原型號是80486DX。

1990年,Intel推出了80486 SX,這是壹款486類型的低價機型。它和80486DX的區別在於它沒有數學協處理器。80486 DX2采用時鐘倍頻技術,這意味著芯片內部的運行速度是外部總線的兩倍,即內部芯片以兩倍於系統時鐘的速度運行,但仍以原來的時鐘速度與外界通信。80486 DX2的內部時鐘頻率主要包括40MHz、50MHz和66MHz。80486 DX4也是壹款采用時鐘倍頻技術的芯片,可以讓其內部單元以兩倍或三倍於外部總線的速度運行。為了支持這種提高的內部工作頻率,其片內高速緩存擴展到16KB。80486 DX4的時鐘頻率為100MHz,比80486 DX2的66MHz快40%。80486還有SL增強型,有系統管理模式,用於便攜式電腦或節能臺式機。

CPU的標準化和小型化使得這類數碼設備(香港翻譯為“電子零件”)在現代生活中。

中央處理器(英特爾)

計算機的頻率遠遠超過有限的專用計算機。現代微處理器出現在從汽車到手機到兒童玩具的所有東西中。

奔騰時代

1993年3月推出的奔騰微處理器,集成了365438+萬個晶體管。它使用了許多技術來提高cpu性能,包括超標量結構,內置采用超級流水線技術的浮點運算單元,增加片上緩存的容量,以及使用內部奇偶校驗來檢查內部處理錯誤。