CPU的发展历史，现状和趋势的发展历史，现状和趋势C P U (C e n t r a l P r o c e s s i n g U n i t)，即中央处理单元，也称微处理器，是整个系统 的核心，也是整个系统最高的执行单位。它负责整个系统指令的执行、数学与逻辑运算、 数据存储、传送以及输入输出的控制。因为 C PU 是决定电脑性能的核心部件，人们就以 它来判定电脑的档次， C PU 既然关系着指令的执行和数据的处理，也关系着指令和数据 处理速度的快慢，因而 C PU 有不同的执行功能，不同的处理速度。CPU 的历史的历史CPU 从最初发展至今已经有 20 多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，C PU 可以分为 4 位微处理器、8 位微处理器、16 位微处理器、32 位微处理器以及 64 位微处 理器等等。在风起云涌的 IT 业界，PC 机 CPU 厂商主要以 I n t el 、AMD 和 V I A(威盛)三 家为主，我们将以他们的产品为介绍重点。 一、Intel 阵营 I n t e l(英特尔)公司大家已经是如雷贯耳，不管你是否为计算机高手，也不管你是否是业 内人士，只要你知道计算机这个词，对 I n t el 就一定不会陌生。I n t el 是全世界硬件行业 的老大，是世界上最大的芯片生产商和制造商。提到 I n t el 公司就不能不谈谈 I n t e l C PU 芯片的发展历程。按照国际上目前比较能够得到业内认同的说法，I n t el 的 CPU 芯片主要 经历了以下几个发展阶段: 1971 年，当时还处在发展阶段的 INTEL 公司推出了世界上第一台微处理器 4004。这不 但是第一个用于计算器的 4 位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器！ ！4004 含有 2300 个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，被当时的蓝色巨人 IBM 以 及大部分商业用户不屑一顾，但是它毕竟是划时代的产品，从此以后，INTEL 便与微处理器 结下了不解之缘。可以这么说，CPU 的历史发展历程其实也就是 INTEL 公司 X86 系列 CPU 的发展历程，我们就通过它来展开我们的 CPU 历史之旅。 4004 是英特尔公司 (Intel) 第一款推出的微处理器，也是全球第一款微处理器。 4004 处理器于 1971 年推出，尺寸为 3mm4mm，外层有 16 只针脚，内里有 2,300 个晶 体管，它采用 10 微米制程。 4004 的最高频率有 740kHz，能执行 4 位运算，支持 8 位指令 集及 12 位地址集。 1978 年，Intel 公司再次领导潮流，首次生产出 16 位的微处理器，并命名为 i8086，同 时还生产出与之相配合的数学协处理器 i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集，但在 i8087 指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算指令。由于这些指令 集应用于 i8086 和 i8087，所以人们也这些指令集统一称之为 X86 指令集。 8086 是 Intel 系列的 16 位微处理器，芯片上有 4 万个晶体管，采用 HMOS 工 艺制造， 用单一的+5V 电源，时钟频率为 4.77MHz10MHz。 8086 有 16 根数据线和 20 根地址线，它既能处理 16 位数据，也能处理 8 位数据。可 寻址的内存空间为 1MB. 1979 年，INTEL 公司推出了 8088 芯片，它仍旧是属于 16 位微处理器，内含 29000 个 晶体管，时钟频率为 4.77MHz，地址总线为 20 位，可使用 1MB 内存。8088 内部数据总线 都是 16 位，外部数据总线是 8 位，而它的兄弟 8086 是 16 位。1981 年 8088 芯片首次用于 IBM PC 机中，开创了全新的微机时代。也正是从 8088 开 始，PC 机（个人电脑）的概念开始在全世界范围内发展起来 1982 年，INTEL 已经推出了划时代的最新产品枣 80286 芯片，该芯片比 8006 和 8088 都有了飞跃的发展，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，可寻址 16MB 内存。从 80286 开始，CPU 的工作方式也演变出两种来：实模式和保 护模式。 Inte80486 是 Intel 公司 1989 年推出的 32 位微处理器。这种芯片的伟大之处就在于它 实破了 100 万个晶体管的界限，集成了 120 万个晶体管。80486 的时钟频率从 25MHz 逐步 提高到 33MHz、50MHz。 Intel 在 1993 年推出了全新一代的高性能处理器Pentium。作为世界上第一个 586 级处理器，PENTIUM 也是第一个令人超频的最多的处理器，由于 Pentium 的制造工艺优良， 所以整个系列的 CPU 的浮点性能也是各种各样性能是 CPU 中最强的，可超频性能最大，因 此赢得了 586 级 CPU 的大部分市场。 2001 年 5 月，Intel 和 HP 公司合作推出 64 位的 Itanium,采用全新的体系结构，内含 128 个整数寄存器和 128 个浮点寄存器，三级高速缓存用 64 问的指令集 Intel 表示未来的处理器性能已不会像以前那样只注重工作频率而会趋向多核心搭配相 关的应用技术（和软件）提升实际应用性能（功耗目标会更低） ，而在八核心（二到四，四 到八）以后 Intel 就会推出 10 个核心以上的处理器，未来的处理器更将实现 100 到 1000 个 核心结合在单芯片上。而当然要达成这么多的核心设计也必然需要生产制程的配合（如 2010 年的 22nm，2014 年的 16nm，2016 年的 11nm 和 2018 年的 8nm 等） ，Intel 方面也将 继续以摩尔定律为基准开发处理器产品（晶体管在每代产品将继续倍升，如 11nm 制程芯 片将内置 1280 亿个晶体管，而到 8nm 制程时则会有 2560 亿个晶体管） 。 二、AMD 阵营 在 CPU 市场的多年较量中，与 Intel 始终相执不下的就是 CPU 芯片的另一霸主同是 美国公司的 AMD 了。从 K5 起，AMD 就一 直致力于与 Intel 争夺在低端应用领域的市场份额。 1 .A M D K5代号:5K86 发布时间:1996 年 核心频率:75 133MHz 总线频率:50 66MHz CPU 核心电压:3.52V 制造工艺:0.35 m 晶体管数目:430 万个 芯片面积:181mm 2 缓存容量:24KB L1 Cache(16KB 数据 Cache 、8KB 指令 Cache) 接口类型:Socket 7 K5 是 AMD 公司第一块自行设计的处理器，时钟频率有 90MHz 、100MHz 、120MHz 等 几款。AMD 也采用 P-Rating 系统，该系统本身就是与 Cyrix 协作开发出来的。尽管 K5 的浮点运算能力比 6x86 稍强一些， 但也好不到哪里去。同时由于 K5 的时钟频率比不上 Cyrix，所以它在 CPU 市场并不成功。 但是 1 年以后，分别比 90 、100 和 116.66MHz 更快的 120 、133 和 166MHz AMD P-Rating 处理器又杀了 回来。由于推出 的时间较晚，因此刚一推出就面临着被 Intel 公司淘汰出局的悲惨命运。 2 .A M D K6发布时间:1997 年 核心频率:166 300MHz 总线频率:66MHz CPU 核心电压:2.9 3.2V I/O 电压:3.3V 制造工艺:0.35 0.25 m 晶体管数目:880 万个 芯片面积:68/162mm 2 缓存容量:64KB L1 Cache 指令内置:MMX 多媒体指令集 接口类型:Socket 7 这是 AMD 公司并购 NexGen 公司之后制造的第一代 K6 处理器， 性能基本达到了低频 P 处理器的水平， 缺点是发热量较大。K6 和 Cyrix 6x86/MX 性能相当。第一代 1 6 6 M Hz 和 200MHz K6 处 理器的内核电压是 2 .9V，输入/输出电压为 3.3V，而第二代 2 33 、2 66 和 3 0 0 M Hz 的 K6 都为 3 .2V 。A MD K6 和 C y r i x 6 x 8 6 MX 的整数运算能力接近 3 年前的 P e n t i u m P ro，但它们的浮点运算速度仍然不 快。 3 .A M D K 6 -2代号:Chomper 发布时间:1998 年 核心频率:266 550MHz 总线频率:66 100MHz CPU 核心电压:2.2V 制造工艺:0.25 m 晶体管数目:930 万个 芯片面积:68mm 2 缓存容量:64KB L1 Cache 指令内置:3 D N o w!指令集、M MX 多媒体指令集 接口类型:Socket 7 K6-2/3DNow!采用了和 K6 一样的内核，支持 MMX 指令和 3DNow!指令。随着 DirectX 和 OpenGl 等应用程 序接口提供对 3DNow!的支持，K6-2 处理器在游戏和图形应用领域的表现比其上一代产品 有了质的提高。 4 .A M D K 6 -3代号:Sharptooth(利齿) 发布时间:1999 年 核心频率:350 550MHz 总线频率:66/100MHzCPU 核心电压:2.2V/2.4V CPU I/O 电压:3.3V 制造工艺:0.25 m 晶体管数目:2130 万个 芯片面积:135mm 2 缓存容量:64KB L1 Cache 、256KB L2 Cache 指令内置:3 D N o w!指令集、MMX 多媒体指令集 接口类型:Socket 7 K6-3 是 AMD 公司最后一款支持 Super 7 架构的 CPU，其特 点是内置了 256KB 全速 L2 Cache(超过新赛扬 的 128KB)，并持主板上的 512KB 2MB 三级 Cache，支持 MMX 和 3DNow!指 令集，性 能不错，但成品率较低， 与上一代产品相比价格 偏贵。 5 .A M D A t h l on代号:K7 发布时间:1999 年 核心频率:500MHz 以上 总线频率:200MHz CPU 核心电压:1.6(K7 核心)或 1.7V/1.8V(K75 核心) 制造工艺:0.18/0.25 m 晶体管数目:2130 万个 芯片面积:120mm 2 缓存容量:128KB L1 Cache 、512KB 8MB L2 Cache 指令内置:3DNow!指令集、MMX 多媒体指令集、部分 SSE 指令 接口类型:Slot A AMD Athlon 采用了 E V6 总线架构，可以上到 2 0 0 M Hz 的 外频，同样支持 M MX 指令 集和 3 D N o w! 指令集。为了在 C PU 上集成更多的缓存，A MD 不得不从 Socket 架构转变到 S l ot 架构。 集成在 CPU 电路 板上的 L 2 C a c he 最大可达到 8 MB 。 Athlon 有两种规格，一种采用 0.25 m 工艺制造，使用 K7 核心，工作电压为 1 .6V，缓 存速度为内核速 度的一半。另 一种采用 0 .18 m 工艺制造，使用 K75 核心，缓存速度为 内核速度的 1/3 或 2/5，工作电压 为 1 .7V 或 1 .8V 。AMD 的 Slot A 架构与 Intel 的 Slot 1 架构在物理上完全兼容，但 电气性能不兼容，因此，用户不能在 P e n t i u m 主板上安装 A t h l on，反之亦然。 Athlon 处理器还采用大容量缓存提高性能，在