CPU的發(fā)展歷程(2)

CPU的發(fā)展歷程

　　第4階段

　　第4階段(1985——1992年)是32位微處理器時代，又稱為第4代。其典型產(chǎn)品是Intel公司的80386/80486，Motorola公司的M69030/68040等。其特點是采用HMOS或CMOS工藝，集成度高達(dá)100萬個晶體管/片，具有32位地址線和32位數(shù)據(jù)總線。每秒鐘可完成600萬條指令(Million Instructions Per Second，MIPS)。微型計算機的功能已經(jīng)達(dá)到甚至超過超級小型計算機，完全可以勝任多任務(wù)、多用戶的作業(yè)。同期，其他一些微處理器生產(chǎn)廠商(如AMD、TEXAS等)也推出了80386/80486系列的芯片。

　　80386DX的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線是32位，地址總線也是32位，可以尋址到4G B內(nèi)存，并可以管理64TB的虛擬存儲空間。它的運算模式除了具有實模式和保護模式以外，還增加了一種“虛擬86”的工作方式，可以通過同時模擬多個8086微處理器來提供多任務(wù)能力。80386SX是Intel為了擴大市場份額而推出的一種較便宜的普及型CPU，它的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，它可以接受為80286開發(fā)的16位輸入/輸出接口芯片，降低整機成本。80386SX推出后，受到市場的廣泛的歡迎，因為80386SX的性能大大優(yōu)于80286，而價格只是80386的三分之一。Intel 80386 微處理器內(nèi)含275,000 個晶體管—比當(dāng)初的4004多了100倍以上，這款32位元處理器首次支持多工任務(wù)設(shè)計，能同時執(zhí)行多個程序。Intel 80386晶體管數(shù)目約為27萬5千顆。

　　1989年，我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由英特爾推出。這款經(jīng)過四年開發(fā)和3億美元資金投入的芯片的偉大之處在于它首次實破了100萬個晶體管的界限，集成了120萬個晶體管，使用1微米的制造工藝。80486的時鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。

　　80486是將80386和數(shù)學(xué)協(xié)微處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內(nèi)。80486中集成的80487的數(shù)字運算速度是以前80387的兩倍，內(nèi)部緩存縮短了微處理器與慢速DRAM的等待時間。并且，在80x86系列中首次采用了RISC(精簡指令集)技術(shù)，可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，大大提高了與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。由于這些改進，80486的性能比帶有80387數(shù)學(xué)協(xié)微處理器的80386 DX性能提高了4倍。

　　第5階段

　　第5階段(1993-2005年)是奔騰(pentium)系列微處理器時代，通常稱為第5代。典型產(chǎn)品是Intel公司的奔騰系列芯片及與之兼容的AMD的K6、K7系列微處理器芯片。內(nèi)部采用了超標(biāo)量指令流水線結(jié)構(gòu)，并具有相互獨立的指令和數(shù)據(jù)高速緩存。隨著MMX(Multi Media eXtended)微處理器的出現(xiàn)，使微機的發(fā)展在網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化和智能化等方面跨上了更高的臺階。

　　1997年推出的Pentium II處理器結(jié)合了Intel MMX技術(shù)，能以極高的效率處理影片、音效、以及繪圖資料，首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封裝，內(nèi)建了高速快取記憶體。這款晶片讓電腦使用者擷取、、以及透過網(wǎng)絡(luò)和親友分享數(shù)位相片、與新增文字、音樂或制作家庭電影的轉(zhuǎn)場效果、使用可視電話以及透過標(biāo)準(zhǔn)電話線與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)傳送影片，Intel Pentium II處理器晶體管數(shù)目為750萬顆。

　　1999年推出的Pentium III處理器加入70個新指令，加入網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)串流SIMD延伸集稱為MMX，能大幅提升先進影像、3D、串流音樂、影片、語音辨識等應(yīng)用的性能，它能大幅提升網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的使用經(jīng)驗，讓使用者能瀏覽逼真的線上博物館與商店，以及下載高品質(zhì)影片，Intel首次導(dǎo)入0.25微米技術(shù)，Intel Pentium III晶體管數(shù)目約為950萬顆。

　　與此同年，英特爾還發(fā)布了Pentium III Xeon處理器。作為Pentium II Xeon的后繼者，除了在內(nèi)核架構(gòu)上采納全新設(shè)計以外，也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集，以更好執(zhí)行多媒體、流媒體應(yīng)用軟件。除了面對企業(yè)級的市場以外，Pentium III Xeon加強了電子商務(wù)應(yīng)用與高階商務(wù)計算的能力。在緩存速度與系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)上，也有很多進步，很大程度提升了性能，并為更好的多處理器協(xié)同工作進行了設(shè)計。

　　2000年英特爾發(fā)布了Pentium 4處理器。用戶使用基于Pentium 4處理器的個人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實時進行語音、影像通訊，實時3D渲染，快速進行MP3編碼解碼運算，在連接因特網(wǎng)時運行多個多媒體軟件。

　　Pentium 4處理器集成了4200萬個晶體管，到了改進版的Pentium 4(Northwood)更是集成了5千5百萬個晶體管;并且開始采用0.18微米進行制造，初始速度就達(dá)到了1.5GHz。?

　　Pentium 4還提供的SSE2指令集，這套指令集增加144個全新的指令，在128bit壓縮的數(shù)據(jù)，在SSE時，僅能以4個單精度浮點值的形式來處理，而在SSE2指令集，該資料能采用多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來處理：

　　4個單精度浮點數(shù)(SSE)對應(yīng)2個雙精度浮點數(shù)(SSE2);對應(yīng)16字節(jié)數(shù)(SSE2);對應(yīng)8個字?jǐn)?shù)(word);對應(yīng)4個雙字?jǐn)?shù)(SSE2);對應(yīng)2個四字?jǐn)?shù)(SSE2);對應(yīng)1個128位長的整數(shù)(SSE2) 。

　　2003年英特爾發(fā)布了Pentium M(mobile)處理器。以往雖然有移動版本的Pentium II、III，甚至是Pentium 4-M產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品仍然是基于臺式電腦處理器的設(shè)計，再增加一些節(jié)能，管理的新特性而已。即便如此，Pentium III-M和Pentium 4-M的能耗遠(yuǎn)高于專門為移動運算設(shè)計的CPU，例如全美達(dá)的處理器。

　　英特爾Pentium M處理器結(jié)合了855芯片組家族與Intel PRO/Wireless2100網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機技術(shù)，成為英特爾Centrino(迅馳)移動運算技術(shù)的最重要組成部分。Pentium M處理器可提供高達(dá)1.60GHz的主頻速度，并包含各種效能增強功能，如：最佳化電源的400MHz系統(tǒng)總線、微處理作業(yè)的融合(Micro-OpsFusion)和專門的堆棧管理器(Dedicated Stack Manager)，這些工具可以快速執(zhí)行指令集并節(jié)省電力。

　　2005年Intel推出的雙核心處理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同時推出945/955/965/975芯片組來支持新推出的雙核心處理器，采用90nm工藝生產(chǎn)的這兩款新推出的雙核心處理器使用是沒有針腳的LGA 775接口，但處理器底部的貼片電容數(shù)目有所增加，排列方式也有所不同。

　　桌面平臺的核心代號Smithfield的處理器，正式命名為Pentium D處理器，除了擺脫阿拉伯?dāng)?shù)字改用英文字母來表示這次雙核心處理器的世代交替外，D的字母也更容易讓人聯(lián)想起Dual-Core雙核心的涵義。

　　Intel的雙核心構(gòu)架更像是一個雙CPU平臺，Pentium D處理器繼續(xù)沿用Prescott架構(gòu)及90nm生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)。Pentium D內(nèi)核實際上由于兩個獨立的Prescott核心組成，每個核心擁有獨立的1MB L2緩存及執(zhí)行單元，兩個核心加起來一共擁有2MB，但由于處理器中的兩個核心都擁有獨立的緩存，因此必須保證每個二級緩存當(dāng)中的信息完全一致，否則就會出現(xiàn)運算錯誤。

　　為了解決這一問題，Intel將兩個核心之間的協(xié)調(diào)工作交給了外部的MCH(北橋)芯片，雖然緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸與存儲并不巨大，但由于需要通過外部的MCH芯片進行協(xié)調(diào)處理，毫無疑問的會對整個的處理速度帶來一定的延遲，從而影響到處理器整體性能的發(fā)揮。

　　由于采用Prescott內(nèi)核，因此Pentium D也支持EM64T技術(shù)、XD bit安全技術(shù)。值得一提的是，Pentium D處理器將不支持Hyper-Threading技術(shù)。原因很明顯：在多個物理處理器及多個邏輯處理器之間正確分配數(shù)據(jù)流、平衡運算任務(wù)并非易事。比如，如果應(yīng)用程序需要兩個運算線程，很明顯每個線程對應(yīng)一個物理內(nèi)核，但如果有3個運算線程呢?因此為了減少雙核心Pentium D架構(gòu)復(fù)雜性，英特爾決定在針對主流市場的Pentium D中取消對Hyper-Threading技術(shù)的支持。

　　同出自Intel之手，而且Pentium D和Pentium Extreme Edition兩款雙核心處理器名字上的差別也預(yù)示著這兩款處理器在規(guī)格上也不盡相同。其中它們之間最大的不同就是對于超線程(Hyper-Threading)技術(shù)的支持。Pentium D不支持超線程技術(shù)，而Pentium Extreme Edition則沒有這方面的限制。在打開超線程技術(shù)的情況下，雙核心Pentium Extreme Edition處理器能夠模擬出另外兩個邏輯處理器，可以被系統(tǒng)認(rèn)成四核心系統(tǒng)。

　　Pentium EE系列都采用三位數(shù)字的方式來標(biāo)注，形式是Pentium EE8xx或9xx，例如Pentium EE840等等，數(shù)字越大就表示規(guī)格越高或支持的特性越多。