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悉數歷史 英特爾歷代經典CPU產品回顧

2006年7月份,英特爾終於在萬眾期待下發佈了其新一代Core微體系架構桌面處理器——Conroe。Core微體系架構徹底拋棄了使用多年的NetBurst微架構,執行效率更高,而功耗卻大幅降低。其實,作為半導體業界領袖的英特爾,在38年(英特爾創立於1968 年)的公司歷程中曾生產出無數的經典產品,今天筆者就給大家介紹和回顧一下英特爾最具代表性的處理器。



CPU的發展可謂翻天覆地,從單核心過度到雙核心

CPU發展的速度

  在過去的時間裡,處理器發展的腳步跑相當快!從1977年英特爾的第一顆處理器——4044首次登台露面,它由2300個晶體管構成;今天英特爾的Pentium Extreme Edition 840處理器,晶體管數量已經增加至230,000,000個!足足增加了100,000倍!

CPU發展過程中的變革

  2006年,英特爾的LGA775平台已經成為市場主流;雙核心也加入了CPU這個大家庭。無疑,大家手中的CPU越來越「快」了。本次,我們比較了從CPU誕生到現今CPU,從Sokect 370到LGA775,時鐘頻率從1MHz出頭到現在最高的3.8GHz!

  介紹完了一些CPU發展的背景知識,現在就帶大家去看看CPU是怎樣從無到有,並且一步步發展起來的。根據網絡的記憶,筆者把它分為了幾個發展階段。注意,這並非按照教科書去劃分,而是根據我們的記憶。
CPU發展的初級階段

  1971年1月,英特爾公司的霍夫(Marcian E.Hoff)研製成功4位微處理器芯片Intel 4004,標誌著第一代微處理器問世,微處理器和微機時代從此開始。正因為發明了微處理器,霍夫被英國《經濟學家》雜誌列為「二戰以來最有影響力的7位科學家」之一。



英特爾的第一顆處理器——4004

  4004當時只有2300個晶體管,是個四位系統,時鐘頻率僅為108KHz,每秒執行6萬條指令(0.06 MIPs)。功能比較弱,而且計算速度較慢,只能用在Busicom計算器上。




  



英特爾8008處理器


  1972年4月,霍夫等人開發出第一個8位微處理器英特爾8008。由於8008採用的是P溝道MOS微處理器,因此仍屬第一代微處理器。





1976年,Intel 發佈8085處理器

  1973年8月,霍夫等人研製出八位微處理器英特爾8080,以N溝道MOS電路取代了P溝道,新一代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080處理器運算速度比8008快10倍,可存取64KB存儲器,使用了6微米技術,共有6000個晶體管,處理速度為0.64MIPS。


  摩爾預言:「晶體管的密度每過18個月就會翻一番,但價格卻下降一半」這就是著名的摩爾定律。
1978年6月,英特爾推出4.77MHz的8086處理器,標誌著第三代微處理器問世。它採用16位寄存器、16位數據總線和29000個3微米技術的晶體管,售價高達360美元。不過當時由於360美元過於昂貴,大部分人都沒有足夠的錢購買使用此芯片的電腦,於是英特爾在1年之後,推出4.77MHz的8位微處理器8088。IBM公司1981年生產的第一台電腦就是使用的這種芯片。這也標誌著x86架構和IBM PC兼容電腦的產生。



英特爾8086  

  發佈的時候,8086的時鐘頻率有4.77MHz,8MHz和10MHz三個版本,包括了具有300個操作的指令集。其中8MHz版本包含了大約28,000個晶體管,具備0.8MIPs的能力。


  1979年6月1日,英特爾推出4.77MHz的准16位微處理器8088,它是8086的廉價版本,價格為大眾所接受。在性能方面,它在內部以16位運行,但支持8位數據總線,採用現有的8位設備控制芯片,包含29000個3微米技術的晶體管,可訪問1MB內存地址,速度為0.33MIPS。


英特爾8088處理器電路結構圖

  1981年:80186和80188發佈。這兩款微處理器內部均以16位工作,在外部輸入輸出上80186採用16位,而80188和8088一樣均是採用8位工作。這是一顆性能介於8088,80286之間的的CPU。但事實上80186從來都沒有在PC中應用,它僅僅存在於一個小範圍的圈子中,作為一個小型的控制器出現。


英特爾80186

  1982年2月1日:在80186發佈後的幾周,80286就發佈了。80286處理器集成了大約13.4萬個晶體管,最大主頻為20MHz,採用16位資料總線和24位位址總線。與8086相比,80186/80188增強了部分軟硬件功能 80286增加了實存(24位地址)和虛擬存儲器管理,可以在兩種不同的模式下工作,一種叫實模式,另一種叫保護方式。80286開始正式採用一種被稱為PGA的正方形包裝。


英特爾80286


  具有異常處理機制;虛擬86模式可以同時模擬多個8086處理器來加強多任務處理能力。80386的廣泛應用,將PC機從16位時代帶入了32位時代。此外它還具有比80286更多的指令集。發佈時,80386的最快速版本的主頻為20MHz,具備6.0MIPs,包含275,000個晶體管。


英特爾80386

  1988年6月16日:80386SX發佈,它是80386DX的廉價版本,只有16-bit總線寬度。
1989年4月,英特爾推出25MHz 486微處理器。1989年5月10日:我們大家耳熟能詳的80486芯片由英特爾推出。這款經過四年開發和3億美元資金投入的芯片的偉大之處在於它首次實破了100萬個晶體管的界限,集成了120萬個晶體管,使用1微米的製造工藝。其實486就是80386+80387協處理器+8KB一級緩存,是超級版本的386。



英特爾486

  1991年5月22日:80486DX的廉價版本80486SX發佈,它和DX的區別是沒有整合FPU。




Pentium浮出水面


  1993年3月22日:全面超越486的新一代586 CPU問世,為了擺脫486時代微處理器名稱混亂的困擾,英特爾公司把自己的新一代產品命名為Pentium(奔騰)以區別AMD和Cyrix的產品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86微處理器來對付芯片巨人,但是由於奔騰微處理器的性能最佳,英特爾逐漸佔據了大部分市場。Pentum 處理器的性能接近主要的RISC CPU並兼容80x86,同時繼承了長期積累下來的價值約500億美元的龐大軟件資源。



  Pentium最初級的CPU是Pentium 60和Pentium 66,分別工作在與系統總線頻率相同的60MHz和66MHz兩種頻率下,沒有我們現在所說的倍頻設置。

1994年3月7日:英特爾發佈90和100MHz 的Pentium 處理器

1994年10月10日:英特爾發佈75MHz 版本的Pentium 處理器

1995年3月27日:英特爾發佈120MHz 的Pentium 處理器

1995年6月1日:英特爾發佈133MHz 版本Pentium 處理器



Pentium Pro


  英特爾推出Pentium Pro微處理器,採用了一種新的總線接口Socket 8。新的處理器對多媒體功能提供了很好的支持。

  1995年11月1日,英特爾推出了Pentium Pro處理器。Pentium Pro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種,都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。它是基於Pentium完全相同的指令集和兼容性,達到了440 MIPs 的處理能力和5.5 M個晶體管。這幾乎相當於比4004處理器的晶體管提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro採用了「PPGA」 封裝技術。即一個256KB的二級緩存芯片與Pentium Pro芯片封裝在一起,兩個芯片之間用高帶寬的內部總線互連,處理器與高速緩存的連接線路也被安置在該封裝中,這樣就使高速緩存能更容易地運行在更高的頻率上。

  例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是運行在200MHz,也就是工作在與處理器相同的頻率上,這在當時可以算得上是CPU技術的一個創新。Pentium Pro的推出,為以後Intel推出PⅡ奠定了基礎。

1996年1月4日:英特爾發佈150&166 MHz Pentium 處理器,包括了越3.3M個晶體管

1996年10月6日:英特爾發佈200MHz Pentium 處理器


Intel Pentium MMX


  1997年1月8日:英特爾在1996年推出的Pentium系列的改進版本,內部代號P55C,也就是我們平常所說的Pentium MMX。Pentium MMX在原Pentium的基礎上進行了重大的改進,增加了片內16KB數據緩存和16KB指令緩存,4路寫緩存以及從Pentium Pro、Cyrix而來的分支預測單元和返回堆棧技術,特別是新增加的57條MMX多媒體指令。


Intel Pentium II

  MMX技術是Intel最新發明的一項多媒體增強指令集技術,它的英文全稱可以翻譯成「多媒體擴展指令集」。使得Pentium MMX即使在運行非MMX優化的程序時也比同主頻的Pentium CPU要快的多。57條MMX指令專門用來處理音頻、視頻等數據,這些指令可以大大縮短CPU在處理多媒體數據時的等待時間,使CPU擁有更強大的數據處理能力。MMX CPU比普通CPU在運行含有MMX指令的程序時,處理多媒體的能力提高了60%左右。MMX技術開創了CPU開發的新紀元。

  Pentium MMX系列的頻率只有三種:166MHz、200MHz、233MHz,一級緩存從Pentium的16KB增加到了32KB,核心電壓2.8v,倍頻分別為2.5、3、3.5。插槽都是Socket 7。




Intel Pentium II

  1997年4月7日 。英特爾發佈了Pentium II處理器。內部集成了750萬個晶體管,並整合了MMX指令集技術。此時,英特爾 Pentium II架構已經從Socket 7轉成Slot 1,並首次引入了S.E.C封裝(Single Edge Contact)技術,將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。Slot 1的Pentium II晶體管數為900萬,並且具有兩種版本的核心:Klamath與Deschutes。


1997年6月2日: Intel發佈233MHz Pentium MMX

1998年2月:Intel 發佈333MHz Pentium II處理器,開發代號為Deschutes,並且首次採用了0.25微米製造工藝,在低發熱量的情況下提供比以前產品更快的速度。
1999年1月,英特爾推出奔騰III處理器,它採用0.25微米製造工藝,擁有32K一級緩存和512K二級緩存(運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,最初發行的PIII有450和500MHz兩種規格,其系統總線頻率為100MHz。此外其身份代碼還可通過Internet讀取。




英特爾0.25微米Pentium III

  1999年10月,Intel推出了基於0.18微米工藝製造的Pentium III處理器,這款Pentium III處理器有256K在二級高速緩存,代碼名為Coppermine。Coppermine以733MHz登台。隨著工藝尺寸從0.25微米減少到0.18微米,不僅提高了Pentium III處理器的時鐘速度,也使的Intel在技術上能夠推出了集成的二級高速緩存。雖然集成的二級高速緩存只有老式Pentium III處理器的一半,但在處理器全速下運行,性能仍有顯著提高。


英特爾0.18微米Pentium III

  其後Intel推出了Pentium III Xeon處理器。作為Pentium II Xeon的後繼者,除了在內核架構上採納全新設計以外,也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集,以更好執行多媒體、流媒體應用軟件。除了面對企業級的市場以外,Pentium III Xeon加強了電子商務應用與高階商務計算的能力。Intel還將Xeon分為兩個部分,低端Xeon和高端Xeon。其中,低端Xeon和普通的Coppermine一樣,僅裝備256KB二級緩存,並且不支持多處理器。這樣低端Xeon和普通的Pentium III的性能差距很小,價格也相差不多;而高端Xeon還是具有以前的特徵,支持更大的緩存和多處理器。

2000年3月8日: Intel 限量供應1GHz Pentium III 處理器
2000年11月20日,英特爾正式發佈了下一代處理器——奔騰4。這不僅僅是一款新產品的發佈,它還標誌著一個處理器新時代的開始,奔騰4可以說對英特爾至關重要。最早的Pentium 4使用的是SOCKET 423接口,後來轉變為SOCKET 478接口,接下來又過渡到現金主流的LGA775接口。奔騰4處理器經過了幾年的核心變遷,性能也獲得了顯著提升。



423接口Pentium 4


  423接口Pentium4處理器原始代號為Willamette,採用0.18微米鋁導線工藝,配合低溫半導體介質(Low-Kdiclcctric)技術製成,是一顆具有超級深層次管線化架構的處理器。


423接口Pentium 4


  Pentium 4處理器最主要的特點就是拋棄了Intel沿用了多年的P6結構,採用了新的NetBurst CPU結構 。NetBurst結構具有不少明顯的優點:20段的超級流水線、高效的亂序執行功能、2倍速的ALU、新型的片上緩存、SSE2指令擴展集和400MHz的前端總線等等。


新的處理器系統總線(FSB)
  英特爾近來在前端系統總線(FSB)方面一直不敵AMD:Pentium Ⅲ最高為133MHz的FSB和內存頻率(外頻);而AMD雷鳥用的 是100MHz的內存頻率(外頻)和266MHz的FSB(類似於CPU倍頻的方式來連接這兩個頻率)。
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