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微處理器（英語：Microprocessor,縮寫：μP或uP）是可編程化特殊集成電路。一種處理器,其所有組件小型化至一塊或數(shù)塊集成電路內(nèi)。一種集成電路,可在其一端或多端接受編碼指令,執(zhí)行此指令并輸出描述其狀態(tài)的信號。這些指令能在內(nèi)部輸入、集中或存放起來。又稱半導(dǎo)體中央處理機（CPU）,是微型計算機的一個主要部件。微處理器的組件常安裝在一個單片上或在同一組件內(nèi),但有時分布在一些不同芯片上。在具有固定指令集的微型計算機中,微處理器由算術(shù)邏輯單元和控制邏輯單元組成。在具有微程序控制的指令集的微型計算機中,它包含另外的控制存儲單元（源自：英漢雙解計算機字典）。用作處理通用數(shù)據(jù)時,叫作中央處理器。這也是最為人所知的應(yīng)用（如：Intel Pentium CPU）；專用于作圖像數(shù)據(jù)處理的,叫作Graphics Processing Unit圖形處理器（如Nvidia GeForce 7X0 GPU）；用于音頻數(shù)據(jù)處理的,叫作Audio Processing Unit音頻處理單元（如Creative emu10k1 APU）等等。物理性來說,它就是一塊集成了數(shù)量龐大的微型晶體管與其他電子組件的半導(dǎo)體集成電路芯片。

之所以會稱為微處理器,并不只是因為它比迷你電腦所用的處理器還要小而已。最主要的原因,還是因為當(dāng)初各大芯片廠之制程,已經(jīng)進入了1 微米的階段,用1 微米的制程,所產(chǎn)制出來的處理器芯片,廠商就會在產(chǎn)品名稱上用“微”字,強調(diào)他們很高科技。就如同現(xiàn)在的許多商業(yè)廣告一樣,很喜歡用“奈米”字眼。

早在微處理器問世之前,電子計算機的中央處理單元就經(jīng)歷了從真空管到晶體管以及再后來的離散式TTL集成電路等幾個重要階段。甚至在電子計算機以前,還出現(xiàn)過以齒輪、輪軸和杠桿為基礎(chǔ)的機械結(jié)構(gòu)計算機。文藝復(fù)興時期的著名畫家兼科學(xué)家列奧納多·達(dá)·芬奇就曾做過類似的設(shè)計[來源請求],但那個時代落后的制造技術(shù)根本沒有能力將這個設(shè)計付諸實現(xiàn)。微處理器的發(fā)明使得復(fù)雜的電路群得以制成單一的電子組件。

昨天,英特爾宣布推出為高密度微型服務(wù)器以及新級別節(jié)能存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備打造的凌動(Atom)S1200產(chǎn)品家族,同時這也是全球首個低功耗64位服務(wù)器級系統(tǒng)芯片(SoC)。該家族目前包含三款新品(S1220/S1240/S1260),最低功耗僅為6瓦,處理器主頻為1.6GHz。

面對這一戰(zhàn)略性舉動,英特爾副總裁兼數(shù)據(jù)中心與互聯(lián)系統(tǒng)事業(yè)部總經(jīng)理柏安娜表示：“數(shù)據(jù)中心正在不斷演變成為一個獨特的細(xì)分市場,英特爾將繼續(xù)引領(lǐng)這一發(fā)展趨勢。幾年前,我們就意識到市場對新型高密度高能效比服務(wù)器和其它數(shù)據(jù)中心設(shè)備的需求�！�

英特爾為何要推出基于凌動平臺的微處理器,它將如何平衡凌動和至強兩大產(chǎn)品平臺之間的關(guān)系；英特爾微服務(wù)器與競爭對手相比,有哪些獨特的優(yōu)勢,產(chǎn)業(yè)鏈的支持能力如何；其后續(xù)產(chǎn)品技術(shù)路線圖又將怎樣,帶著這些問題,中國聯(lián)保網(wǎng)編輯對英特爾存儲產(chǎn)品市場經(jīng)理亢海峰進行了專訪。

無關(guān)競爭對手 面向三大類市場

在亢海峰看來,英特爾之所以推出超低功耗的微服務(wù)器,與ARM進入服務(wù)器市場并沒有必然關(guān)聯(lián)。“多樣化的IT使用場景和不同的工作負(fù)載,才是英特爾進入微服務(wù)器市場的最根本因素�！�

亢海峰簡略的將IT應(yīng)用分為三個場景：首先是企業(yè)級應(yīng)用,非常看重IT基礎(chǔ)設(shè)施的可用性、可靠性、高效率和易用性；其次是科學(xué)計算,更加強調(diào)性能和浮點計算能力,而對于功耗和TCO等的需求沒有計算能力需求那么強烈；第三是云服務(wù)提供商,與前兩者應(yīng)用場景不同的是,IT不再是支撐手段而是核心業(yè)務(wù),這類客戶非�？粗豑CO,需要在成本收入、性能功耗等方面找到平衡。

“而從工作負(fù)載角度來看,之前業(yè)界主要簡略劃分為處理器密集型、內(nèi)存密集型和IO密集型,”亢海峰說,“其實還有一種類型是節(jié)點密集型,強調(diào)的是高密度和多節(jié)點,特別是滿足輕量級橫向可擴展的工作負(fù)載。比如對于云服務(wù)提供商而言,通過部署高密度多節(jié)點的IT基礎(chǔ)設(shè)施,可以服務(wù)于更多的有需求的用戶,因為很多用戶并不愿意采用多租戶模式。”

在他看來,英特爾微處理器主要面向?qū)Ｓ弥鳈C托管、存儲和網(wǎng)絡(luò)交換市場。“采用傳統(tǒng)的服務(wù)器芯片,單機柜的節(jié)點數(shù)量是有限的,而采用微服務(wù)器芯片單機柜節(jié)點數(shù)量將會超過1000個,可以滿足主機托管市場需求；在存儲方面,則主要面向入門級中低端存儲和大數(shù)據(jù),未來我們會對所有數(shù)據(jù)做歸檔,具備計算能力的存儲節(jié)點將會優(yōu)于磁帶存儲；在網(wǎng)絡(luò)交換方面,微處理器同樣是面向入門級產(chǎn)品。”

生態(tài)系統(tǒng)延伸 至強凌動和平共處

其實,英特爾早在數(shù)年之前就開始關(guān)注低功耗服務(wù)器,并對至強E3產(chǎn)品家族進行了擴展。那么至強E3和凌動微服務(wù)器是否會有沖突呢？

亢海峰表示,雖然至強E3和凌動微服務(wù)器都是面向低功耗市場,但兩者之間還是有明顯的區(qū)別。至強E3和凌動微服務(wù)器主要追求的是性能和功耗的平衡,E3突出效能,而凌動微服務(wù)器則突出高密度。

目前E3低功耗服務(wù)器的功耗在17瓦到45瓦之間,而凌動則在6瓦到8瓦。從兩個平臺的技術(shù)路線圖來看,E3和凌動都將在明年引入22納米制程工藝,2014年引入14納米。

亢海峰不斷強調(diào)新推出的凌動S1200是數(shù)據(jù)中心級產(chǎn)品：英特爾凌動微處理器可確保服務(wù)器級的可靠性和可管理性,同時大幅降低總成本。具備2顆物理內(nèi)核,可通過使用英特爾超線程技術(shù)共支持4條線程。同時它還包括64位支持、支持最多可達(dá)8GB DDR3內(nèi)存的內(nèi)存控制器、英特爾虛擬化技術(shù)(Intel VT)、8個 PCI Express 2.0通道、可提高可靠性的錯誤代碼糾正(ECC)支持,以及與英特爾芯片組集成的其它I/O接口。

其實,我們不難發(fā)現(xiàn)英特爾凌動S1200系列芯片與競爭對手相比,還有一個非常大的特征,就是完全兼容數(shù)據(jù)中心常用的x86軟件。“這將使集成新的低功率設(shè)備成為可能,并且避免導(dǎo)入和維護新軟件棧的額外投資。要知道,軟件測試與平臺移植的成本是非常高的�！庇⑻貭柫鑴覵1200系列處理器在12月11日開始向用戶出貨,建議起始零售價為每千顆54美元。

微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏

輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比,具有體積小、重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。

微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運算器、時序控制電路,以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令,以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作,是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。

自從人類1947年發(fā)明晶體管以來,50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、

集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代,發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導(dǎo)體技術(shù)對整個社會產(chǎn)生了廣泛的影響,因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計算機內(nèi)部對數(shù)據(jù)進行處理并對處理過程進行控制的部件,伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,芯片集成密度越來越高,CPU可以集成在一個半導(dǎo)體芯片上,這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件,被統(tǒng)稱為“微處理器”。

微處理器由算術(shù)邏輯單元（ALU,Arithmetic Logical Unit）；累加器和通用寄存器組；程序計數(shù)器（也叫指令指標(biāo)器）；時序和控制邏輯部件；數(shù)據(jù)與地址鎖存器/緩沖器；內(nèi)部總線組成。其中運算器和控制器是其主要組成部分.

算術(shù)邏輯單元

算術(shù)邏輯單元ALU主要完成算術(shù)運算（+,－、×、÷、比較）和各種邏輯運算（與、或、非、異或、移位）等操作。ALU是組合電路,本身無寄存操作數(shù)的功能,因而必須有保存操作數(shù)的兩個寄存器：暫存器TMP和累加器AC,累加器既向ALU提供操作數(shù),又接收ALU的運算結(jié)果。

寄存器陣列實際上相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的RAM,它包括通用寄存器組和專用寄存器組兩部分,通用寄存器（A,B,C,D）用來存放參加運算的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果或地址。它們一般均可作為兩個8位的寄存器來使用。處理器內(nèi)部有了這些寄存器之后,就可避免頻繁地訪問存儲器,可縮短指令長度和指令執(zhí)行時間,提

高機器的運行速度,也給編程帶來方便。專用寄存器包括程序計數(shù)器PC、堆棧指示器SP和標(biāo)志寄存器FR,它們的作用是固定的,用來存放地址或地址基值。其中：

A、程序計數(shù)器PC用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址,因而它控制著程序的執(zhí)行順序。在順序執(zhí)行指令的條件下,每取出指令的一個字節(jié),PC的內(nèi)容自動加1。當(dāng)程序發(fā)生轉(zhuǎn)移時,就必須把新的指令地址（目標(biāo)地址）裝入PC,這通常由轉(zhuǎn)移指令來實現(xiàn)。

B、堆棧指示器SP用來存放棧頂?shù)刂�。堆棧是存儲器中的一個特定區(qū)域。它按“后進先出”方式工作,當(dāng)新的數(shù)據(jù)壓入堆棧時,棧中原存信息不變,只改變棧頂位置,當(dāng)數(shù)據(jù)從棧彈出時,彈出的是棧頂位置的數(shù)據(jù),彈出后自動調(diào)正棧頂位置。也就是說,數(shù)據(jù)在進行壓棧、出棧操作時,總是在棧頂進行。堆棧一旦初始化（即確定了棧底在內(nèi)存中的位置）后,SP的內(nèi)容（即棧頂位置）使由CPU自動管理。

C、標(biāo)志寄存器也稱程序狀態(tài)字（PSW）寄存器,用來存放算術(shù)、邏輯運算指令執(zhí)行后的結(jié)果特征,如結(jié)果為0時,產(chǎn)生進位或溢出標(biāo)志等。

定時與控制邏輯是微處理器的核心控制部件,負(fù)責(zé)對整個計算機進行控制、包括從存儲器中取指令,分析指令（即指令譯碼）確定指令操作和操作數(shù)地址,取操作數(shù),執(zhí)行指令規(guī)定的操作,送運算結(jié)果到存儲器或I/O端口等。它還向微機的其它各部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號,使CPU內(nèi)、外各部件間協(xié)調(diào)工作。

內(nèi)部總線用來連接微處理器的各功能部件并傳送微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)和控制信號。

必須指出,微處理器本身并不能單獨構(gòu)成一個獨立的工作系統(tǒng),也不能獨立地執(zhí)行程序,必須配上存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成一個完整的微型計算機后才能獨立工作。

存儲器

微型計算機的存儲器用來存放當(dāng)前正在使用的或經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。存儲器按讀、寫方式分為隨機存儲器RAM（Random Access Memory）和只讀存儲器ROM（Read only Memory）。RAM也稱為讀/寫存儲器,工作過程中CPU可根據(jù)需要隨時對其內(nèi)容進行讀或?qū)懖僮�。RAM是易失性存儲器,即其內(nèi)容在斷電后會全部丟失,因而只能存放暫時性的程序和數(shù)據(jù)。ROM的內(nèi)容只能讀出不能寫入,斷電后其所存信息仍保留不變,是非易失性存儲器。所以ROM常用來存放永久件的程序和數(shù)據(jù)。如初始導(dǎo)引程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入、輸出管理程序BIOS等。

輸入/輸出接口電路I/O接口

輸入/輸出接口電路是微型計算機的重要組成部件。他是微型計算機連接外部輸入、輸出設(shè)備及各種控制對象并與外界進行信息交換的邏輯控制電路。由于外設(shè)的結(jié)構(gòu)、工作速度、信號形式和數(shù)據(jù)格式等各不相同,因此它們不能直接掛接到系統(tǒng)總線上,必須用輸入/輸出接口電路來做中間轉(zhuǎn)換,才能實現(xiàn)與CPU間的信息交換。I/O接口也稱I/O適配器,不同的外設(shè)必須配備不同的I/O適配器。I/O接口電路是微機應(yīng)用系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。任何一個微機應(yīng)用系統(tǒng)的研制和設(shè)計,實際上主要是I/O接口的研制和設(shè)計。因此I/O接口技術(shù)是本課程討論的重要內(nèi)容之一,我們將在第八章中詳細(xì)介紹。

總線BUS

總線是計算機系統(tǒng)中各部件之間傳送信息的公共通道,是微型計算機的重要組成部件。它由若干條通信線和起驅(qū)動,隔離作用的各種三態(tài)門器件組成。微型計算機在結(jié)構(gòu)形式上總是采用總線結(jié)構(gòu),即構(gòu)成微機的各功能部件（微處理器、存儲器、I/O接口電路等）之間通過總線相連接,這是微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的獨特之處。采用總線結(jié)構(gòu)之后,使系統(tǒng)中各功能部件間的相互關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞑考�面向總線的單一關(guān)系,一個部件（功能板/卡）只要符合總線標(biāo)準(zhǔn),就可以連接到采用這種總線標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中,從而使系統(tǒng)功能擴充或更新容易、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性大大提高。在微型計算機中,根據(jù)他們所處位置和應(yīng)用場合,總線可被分為以下四級。

1、片內(nèi)總線：它位于微處理器芯片內(nèi)部,故稱為芯片內(nèi)部總線。用于微處理器內(nèi)部ALU和各種寄存器等部件間的互連及信息傳送（如圖1.3中的內(nèi)部總線就是片內(nèi)總線）。由于受芯片面積及對外引腳數(shù)的限制,片內(nèi)總線大多采用單總線結(jié)構(gòu),這有利于芯片集成度和成品率的提高,如果要求加快內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送速度,也可采用雙總線或三總線結(jié)構(gòu)。

2、片總線：片總線又稱元件級（芯片級）總線或局部總線。微機主板、單扳機以及其它一些插件板、卡（如各種I/O接口板/卡）,它們本身就是一個完整的子系統(tǒng),板/卡上包含有CPU,RAM,ROM,I/O接口等各種芯片,這些芯片間也是通過總線來連接的,因為這有利于簡化結(jié)構(gòu),減少連線,提高可靠性,方便信息的傳送與控制。通常把各種板、卡上實現(xiàn)芯片間相互連接的總線稱為片總線或元件級總線。

相對于一臺完整的微型計算機來說,各種板/卡只是一個子系統(tǒng),是一個局部,故又把片總線稱為局部總線,而把用于連接微機各功能部件插卡的總線稱為系統(tǒng)總線。局部總線是一個重要的概念,我們將在第七章中討論。

3、內(nèi)總線：內(nèi)總線又稱系統(tǒng)總線或板級總線。因為該總線是用來連接微機各功能部件而構(gòu)成一個完整微機系統(tǒng)的,如圖1.2中所示,所以稱之為系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線是微機系統(tǒng)中最重要的總線,人們平常所說的微機總線就是指系統(tǒng)總線,如PC總線、AT總線（ISA總線）、PCI總線等。系統(tǒng)總線是我們要討論的重點內(nèi)容之一。

系統(tǒng)總線上傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息,因此,系統(tǒng)總線包含有三種不同功能的總線,即數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）,如圖1.2中所示。

數(shù)據(jù)總線DB用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線,即他既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲器或I/O接口等其它部件,也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是微型計算機的一個重要指標(biāo),通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位,其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。需要指出的是,數(shù)據(jù)的含義是廣義的,它可以是真正的數(shù)據(jù),也可以指令代碼或狀態(tài)信息,有時甚至是一個控制信息,因此,在實際工作中,數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定僅僅是真正意義上的數(shù)據(jù)。

地址總線AB是專門用來傳送地址的,由于地址只能從CPU傳向外部存儲器或I/O端口,所以地址總線總是單向三態(tài)的,這與數(shù)據(jù)總線不同。地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小,比如8位微機的地址總線為16位,則其最大可尋址空間為216=64KB,16位微型機的地址總線為20位,其可尋址空間為220=1MB。一般來說,若地址總線為n位,則可尋址空間為2n字節(jié)。

控制總線CB用來傳送控制信號和時序信號�？刂菩盘栔�,有的是微處理器送往存儲器和I/O接口電路的,如讀/寫信號,片選信號、中斷響應(yīng)信號等；也有是其它部件反饋給CPU的,比如：中斷申請信號、復(fù)位信號、總線請求信號、限備就緒信號等。因此,控制總線的傳送方向由具體控制信號而定,一般是雙向的,控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要而定。實際上控制總線的具體情況主要取決于CPU。

4、外總線：也稱通信總線。用于兩個系統(tǒng)之間的連接與通信,如兩臺微機系統(tǒng)之間、微機系統(tǒng)與其他電子儀器或電子設(shè)備之間的通信。常用的通信總線有IEEE-488總線,VXI總線和RS-232串行總線等。外總線不是微機系統(tǒng)本身固有的,只有微型機應(yīng)用系統(tǒng)中才有。

根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域,微處理器大致可以分為三類：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號處理器、微控制器。一般而言,通用處理器追求高性能,它們用于運行通用軟件,配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng)；嵌入式微處理器強調(diào)處理特定應(yīng)用問題的高性能,主要用于運行面向特定領(lǐng)域的專用程序,配備輕量級操作系統(tǒng),主要用于蜂窩電話、CD播放機等消費類家電；微控制器價位相對較低,在微處理器市場上需求量最大,主要用于汽車、空調(diào)、自動機械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。

CPU是Central Processing Unit（中央微處理器）的縮寫,它是計算機中最重要的一個部分,由運算器和控制器組成。如果把計算機比作人,那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速,個人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium 4時代,只經(jīng)過了不到二十年的時間。

從生產(chǎn)技術(shù)來說,最初的8088集成了29000個晶體管,而PentiumⅢ的集成度超過了2810萬個晶體管；CPU的運行速度,以MIPS(百萬個指令每秒)為單位,8088是0.75MIPS,到高能奔騰時已超過了1000MIPS。不管什么樣的CPU,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)歸納起來都可以分為控制單元、邏輯單元和存儲單元三大部分,這三個部分相互協(xié)調(diào),對命令和數(shù)據(jù)進行分析、判斷、運算并控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作。

CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了,這期間,按照其處理信息的字長,

CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及最新的64位微處理器,可以說個人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進的。

微機是指以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件,以集成了計算機主要部件——控制器和運算器的微處理器MP（Micro Processor）為核心,所構(gòu)造出的計算系經(jīng)過30多年的發(fā)展,微處理器的發(fā)展大致可分為：

第一代微處理器1971—1973年

通常以字長是4位或8位微處理器,典型的是美國 Intel 4004和Intel 8008微處理器。Intel 4004是一種4位微處理器,可進行4位二進制的并行運算,它有45條指令,速度0.05MIPs（Million Instruction Per Second,每秒百萬條指令）。Intel 4004的功能有限,主要用于計算器、電動打字機、照相機、臺秤、電視機等家用電器上,使這些電器設(shè)備具有智能化,從而提高它們的性能。Intel 8008是世界上第一種8位的微處理器。存儲器采用PMOS工藝。該階段計算機工作速度較慢,微處理器的指令系統(tǒng)不完整,存儲器容量很小,只有幾百字節(jié),沒有操作系統(tǒng),只有匯編語言。主要用于工業(yè)儀表、過程控制。

第二代微處理器1974—1977年

典型的微處理器有Intel 8080/8085,Zilog公司的Z80和Motorola公司的M6800。與第一代微處理器相比,集成度提高了1～4倍,運算速度提高了10～15倍,指令系統(tǒng)相對比較完善,已具備典型的計算機體系結(jié)構(gòu)及中斷、直接存儲器存取等功能。存儲容量達(dá)64KB,配有熒光屏顯示器、鍵盤、軟盤驅(qū)動器等設(shè)備構(gòu)成。

第三代微處理器1978—1984年

1978 年,Intel公司率先推出16位微處理器8086,同時,為了方便原來的8位機用戶,Intel公司又提出了一種準(zhǔn)16位微處理器8088。在Intel公司推出8086、8088 CPU之后,各公司也相繼推出了同類的產(chǎn)品,有Zilog公司Z8000和Motorola公司的M68000等。16位微處理器比8位微處理器有更大的尋址空間、更強的運算能力、更快的處理速度和更完善的指令系統(tǒng)。所以,16位微處理器已能夠替代部分小型機的功能,特別在單任務(wù)、單用戶的系統(tǒng)中,8086等16位微處理器更是得到了廣泛的應(yīng)用。1982年,Intel公司又推出16位高級微處理器80286。微處理器采用短溝道高性能NMOS工藝。在體系結(jié)構(gòu)方面吸納了傳統(tǒng)小型機甚至大型機的設(shè)計思想,如虛擬存儲和存儲保護等,時鐘頻率提高到5～25MHz。在20世紀(jì)80年代中、后期至1991年初,80286一直是微機的駐留CPU。

第四代微處理器

1985年,Intel公司推出了第四代微處理器80386。它是一種與8086向上兼容的32位微處理器80386,它具32位的數(shù)據(jù)總線和32位的地址總線,存儲器可尋址空間達(dá)4GB,運算速度達(dá)到每秒300～400萬條指令,即3～4MPIS。CPU內(nèi)部采用6級流水線結(jié)構(gòu),使用二級存儲器管理方式,支持帶有存儲器保護的虛擬存儲機制。隨著集成電路工藝水平的進一步提高,1989年,Intel公司又推出了性能更高的32位微處理器80486,在芯片上集成約120萬個晶體管,是80386的4倍,80486由3個部件組成：一個是80386體系結(jié)構(gòu)的主處理器,一個是與80387兼容的數(shù)字協(xié)處理器和一個8KB容量的高速緩沖存儲器,并采用了RISC（精簡指令集計算機）技術(shù)和突發(fā)總線技術(shù),提高了速度,在相同頻率下,80486的處理速度一般比80386快2～4倍。以這些高性能32位微處理器為CPU構(gòu)成的微機的性能指標(biāo)已達(dá)到或超過當(dāng)時的高檔小型機甚至大型機的水平,被稱為高檔或超級微機。同期推出的產(chǎn)品還有MC68040和NEC公司的V80,

第五代微處理器

1993年,Intel公司推出了第五代微處理器Pentium（中文譯名為奔騰）。Pentium微處理器的推出使微處理器的技術(shù)發(fā)展到了一個嶄新的階段,標(biāo)志著微處理器完成從CISC向RISC 時代的過渡,也標(biāo)志著微處理器向工作站和超級小型機沖擊的開始。

亞微米CMOS工藝,它具有64位的數(shù)據(jù)總線和32位的地址總線,CPU內(nèi)部采用超標(biāo)量流水線設(shè)計,Pentium芯片內(nèi)采用雙Cache結(jié)構(gòu)（指令Cache和數(shù)據(jù)Cache）,每個Cache容量為8KB,數(shù)據(jù)寬度為32位,數(shù)據(jù)Cache采用回寫技術(shù),大大節(jié)省了處理時間。Pentium 處理器為了提高浮點運算速度,采用8級流水線和部分指令固化技術(shù),芯片內(nèi)設(shè)置分支目標(biāo)緩沖器（BTB）,可動態(tài)預(yù)測分支程序的指令流向,節(jié)省了CPU判別分支的時間,大大提高了處理速度。Pentium系列處理器有多種工作頻率,工作在60MHz和66MHz時,其速度可達(dá)每秒1億條指令。同期推出的第五代微處理器還有IBM、Apple和Motorola這3家公司聯(lián)盟PowerPC（這是一種完全的RISC微處理器）,以及AMD公司的K5和Cyrix公司的M1等。

第六代微處理器

1996年Intel公司將其第六代微處理器正式命名為Pentium Pro（奔騰）。該處理器的集成電路采用了0.35的工藝,時鐘頻率為200MHz,在處理方面,Pentium Pro引入了新的指令執(zhí)行方式,其內(nèi)部核心是PISC處理器,運算速度達(dá)200MIPs。Pentium Pro允許在一個系統(tǒng)里安裝4個處理器,因此,Pentium Pro最合適的位置是作為高性能服務(wù)器和工作 站。

2001年Intel公司發(fā)布了Itanium（安騰）處理器。Itanium處理器是Intel公司第一款64位元的產(chǎn)品。這是為頂級、企業(yè)級服務(wù)器及工作站設(shè)計的,在Itanium處理器中體現(xiàn)了一種全新的設(shè)計思想,完全是基于平行并發(fā)計算而設(shè)計（EPIC）。對于最苛求性能的企業(yè)或者需要高性能運算功能支持的應(yīng)用（包括電子交易安全處理、超大型數(shù)據(jù)庫、計算機輔助機械引擎、尖端科學(xué)運算等）而言,Itanium處理器基本是計算機處理器中唯一的選擇。

2002年Intel公司發(fā)布了Itanium2處理器。代號為McKinley的Itanium2處理器是Intel公司的第二代64位系列產(chǎn)品,Itanium2處理器是以Itanium架構(gòu)為基礎(chǔ)建立與擴充的產(chǎn)品,可與專為第一代Itanium處理器優(yōu)化編譯的應(yīng)用程序兼容,并大幅提升了50%～100%的效能。Itanium2處理器系列以低成本與更高效能,提供高階服務(wù)器與工作站各種平臺與應(yīng)用支持。

第七代微處理器

1999年,AMD推出了世界上第一款第七代微處理器,取名為速龍MP處理器,可支持高性能多處理器平臺的服務(wù)器及工作站。新一代的應(yīng)用程序需要一個穩(wěn)定可靠的操作環(huán)境進行大量的運算,AMD速龍 MP處理器可以滿足這類應(yīng)用軟件的需要。

2000年11月,Intel也推出了他的第七代微處理器：奔騰4（Pentium 4,或簡稱奔4或P4）,這一新的架構(gòu)稱做NetBurst。Pentium 4有著非�？焖俚�400MHz的前端總線,之后更有提升到533MHz、800MHz。它其實是一個為100MHz的四條并列總線(100Mhz x4 并列),因此理論上它可以傳送比一般總線多四倍的容量,所以號稱有400MHz的速度。

初期CPU

Intel 4004

1971年,英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004,這是第一個可用于微型計算機的四位微處理器,它包含2300個晶體管。隨后英特爾又推出了8008,由于運算性能很差,其市場反應(yīng)十分不理想。1974年,8008發(fā)展成8080,成為第二代微處理器。8080作為代替電子邏輯電路的器件被用于各種應(yīng)用電路和設(shè)備中,如果沒有微處理器,這些應(yīng)用就無法實現(xiàn)。

由于微處理器可用來完成很多以前需要用較大設(shè)備完成的計算任務(wù),價格又便宜,于是各半導(dǎo)體公司開始競相生產(chǎn)微處理器芯片。Zilog公司生產(chǎn)了8080的增強型Z80,摩托羅拉公司生產(chǎn)了6800,英特爾公司于1976年又生產(chǎn)了增強型8085,但這些芯片基本沒有改變8080的基本特點,都屬于第二代微處理器。它們均采用NMOS工藝,集成度約9000只晶體管,平均指令執(zhí)行時間為1μS～2μS,采用匯編語言、BASIC、Fortran編程,使用單用戶操作系統(tǒng)。

Intel 8086

1978年英特爾公司生產(chǎn)的8086是第一個16位的微處理器。很快Zilog公司和摩托羅拉公司也宣布計劃

生產(chǎn)Z8000和68000。這就是第三代微處理器的起點。

8086微處理器最高主頻速度為8MHz,具有16位數(shù)據(jù)通道,內(nèi)存尋址能力為1MB。同時英特爾還生產(chǎn)出與之相配合的數(shù)學(xué)協(xié)處理器i8087,這兩種芯片使用相互兼容的指令集,但i8087指令集中增加了一些專門用于對數(shù)、指數(shù)和三角函數(shù)等數(shù)學(xué)計算的指令。人們將這些指令集統(tǒng)一稱之為 x86指令集。雖然以后英特爾又陸續(xù)生產(chǎn)出第二代、第三代等更先進和更快的新型CPU,但都仍然兼容原來的x86指令,而且英特爾在后續(xù)CPU的命名上沿用了原先的x86序列,直到后來因商標(biāo)注冊問題,才放棄了繼續(xù)用阿拉伯?dāng)?shù)字命名。

1979年,英特爾公司又開發(fā)出了8088。8086和8088在芯片內(nèi)部均采用16位數(shù)據(jù)傳輸,所以都稱為16位微處理器,但8086每周期能傳送或接收16位數(shù)據(jù),而8088每周期只采用8位。因為最初的大部分設(shè)備和芯片是8位的,而8088的外部8位數(shù)據(jù)傳送、接收能與這些設(shè)備相兼容。8088采用40針的DIP封裝,工作頻率為6.66MHz、7.16MHz或8MHz,微處理器集成了大約29000個晶體管。

8086和8088問世后不久,英特爾公司就開始對他們進行改進,他們將更多功能集成在芯片上,這樣就誕生了80186和80188。這兩款微處理器內(nèi)部均以16位工作,在外部輸入輸出上80186采用16位,而80188和8088一樣是采用8位工作。

1981年,美國IBM公司將8088芯片用于其研制的PC機中,從而開創(chuàng)了全新的微機時代。也正是從8088開始,個人電腦(PC)的概念開始在全世界范圍內(nèi)發(fā)展起來。從8088應(yīng)用到IBM PC機上開始,個人電腦真正走進了人們的工作和生活之中,它也標(biāo)志著一個新時代的開始。

Intel 80286

1982年,英特爾公司在8086的基礎(chǔ)上,研制出了80286微處理器,該微處理器的最大主頻為20MHz,內(nèi)、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位,使用24位內(nèi)存儲器的尋址,內(nèi)存尋址能力為16MB。80286可工作于兩種方式,一種叫實模式,另一種叫保護方式。

在實模式下,微處理器可以訪問的內(nèi)存總量限制在1兆字節(jié)；而在保護方式之下,80286可直接訪問16兆字節(jié)的內(nèi)存。此外,80286工作在保護方式之下,可以保護操作系統(tǒng),使之不像實模式或8086等不受保護的微處理器那樣,在遇到異常應(yīng)用時會使系統(tǒng)停機。

IBM公司將80286微處理器用在先進技術(shù)微機即AT機中,引起了極大的轟動。80286在以下四個方面比它的前輩有顯著的改進：支持更大的內(nèi)存；能夠模擬內(nèi)存空間；能同時運行多個任務(wù)；提高了處理速度。

最早PC機的速度是4MHz,第一臺基于80286的AT機運行速度為6MHz至8MHz,一些制造商還自行提高速度,使80286達(dá)到了20MHz,這意味著性能上有了重大的進步。

80286的封裝是一種被稱為PGA的正方形包裝。PGA是源于PLCC的便宜封裝,它有一塊內(nèi)部和外部固體插腳,在這個封裝中,80286集成了大約130000個晶體管。

IBM PC/AT微機的總線保持了XT的三層總線結(jié)構(gòu),并增加了高低位字節(jié)總線驅(qū)動器轉(zhuǎn)換邏輯和高位字節(jié)總線。與XT機一樣,CPU也是焊接在主板上的。

那時的原裝機僅指IBM PC機,而兼容機就是除了IBM PC以外的其它機器。在當(dāng)時,生產(chǎn)CPU的公司除英特爾外,還有AMD及西門子公司等,而人們對自己電腦用的什么CPU也不關(guān)心,因為AMD等公司生產(chǎn)的CPU幾乎同英特爾的一樣,直到486時代人們才關(guān)心起自己的CPU來。

8086～80286這個時代是個人電腦起步的時代,當(dāng)時在國內(nèi)使用甚至見到過PC機的人很少,它在人們心中是一個神秘的東西。到九十年代初,國內(nèi)才開始普及計算機。

從386到奔騰

1985年春天的時候,英特爾公司已經(jīng)成為了第一流的芯片公司,它決心全力開發(fā)新一代的32位核心的

CPU—80386。Intel給80386設(shè)計了三個技術(shù)要點：使用“類286”結(jié)構(gòu),開發(fā)80387微處理器增強浮點運算能力,開發(fā)高速緩存解決內(nèi)存速度瓶頸。

1985年10月17日,英特爾劃時代的產(chǎn)品——80386DX正式發(fā)布了,其內(nèi)部包含27.5萬個晶體管,時鐘頻率為12.5MHz,后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz,最后還有少量的40MHz產(chǎn)品。

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4GB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。

80386DX有比80286更多的指令,頻率為12.5MHz的80386每秒鐘可執(zhí)行6百萬條指令,比頻率為16MHz的80286快2.2倍。80386最經(jīng)典的產(chǎn)品為80386DX－33MHz,一般我們說的80386就是指它。

由于32位微處理器的強大運算能力,PC的應(yīng)用擴展到很多的領(lǐng)域,如商業(yè)辦公和計算、工程設(shè)計和計算、數(shù)據(jù)中心、個人娛樂。80386使32位CPU成為了PC工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

雖然當(dāng)時80386沒有完善和強大的浮點運算單元,但配上80387協(xié)處理器,80386就可以順利完成許多需要大量浮點運算的任務(wù),從而順利進入了主流的商用電腦市場。另外,30386還有其他豐富的外圍配件支持,如82258（DMA控制器）、8259A（中斷控制器）、8272（磁盤控制器）、82385（Cache控制器）、82062（硬盤控制器）等。針對內(nèi)存的速度瓶頸,英特爾為80386設(shè)計了高速緩存（Cache）,采取預(yù)讀內(nèi)存的方法來緩解這個速度瓶頸,從此以后,Cache就和CPU成為了如影隨形的東西�！�

嚴(yán)格地說,80387并不是一塊真正意義上的CPU,而是配合80386DX的協(xié)處理芯片,也就是說,80387只能協(xié)助80386完成浮點運算方面的功能,功能很單一�！�1989年英特爾公司又推出準(zhǔn)32位微處理器芯片80386SX。這是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。英特爾在1990年推出了專門用于筆記本電腦的80386SL和80386DL兩種型號的386芯片。這兩個類型的芯片可以說是80386DX/SX的節(jié)能型,其中,80386DL是基于80386DX內(nèi)核,而80386SL是基于80386SX內(nèi)核的。這兩種類型的芯片,不但耗電少,而且具有電源管理功能,在CPU不工作的時候,自動切斷電源供應(yīng)�！�

摩托羅拉的68000是最早推出的32位微微處理器,當(dāng)時是1984年,推出后,性能超群,并獲得如日中

天的蘋果公司青睞,在自己的劃時代個人電腦“PC－MAC”中采用該芯片。但80386推出后,日漸沒落�！�AMD的Am386SX/DX是兼容80386DX的第三方芯片,性能上和英特爾的80386DX相差無己,也成為當(dāng)時的主流產(chǎn)品之一�！�

這個是由IBM在研究80386的基礎(chǔ)上設(shè)計的,和80386完全兼容,由英特爾生產(chǎn)制造。386SLC基本上是一個在80386SX的基礎(chǔ)上配上內(nèi)置Cache,同時包含80486SX的指令集,性能也不錯。　

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。

隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,CPU的頻率越來越快,而PC機外部設(shè)備受工藝限制,能夠承受的工作頻率有限,這就阻礙了CPU主頻的進一步提高。在這種情況下,出現(xiàn)了CPU倍頻技術(shù),該技術(shù)使CPU內(nèi)部工作頻率為微處理器外頻的2～3倍,486 DX2、486 DX4的名字便是由此而來。

常見的80486 CPU有80486 DX－33、40、50。486 CPU與386 DX一樣內(nèi)外都是32位的,但是最慢的486 CPU也比最快的386 CPU要快,這是因為486 SX/DX執(zhí)行一條指令,只需要一個振蕩周期,而386DX CPU卻需要兩個周期�！�
因為80486 DX CPU具有內(nèi)置的浮點協(xié)微處理器,功能強大,當(dāng)然價格也就比較昂貴。為了適應(yīng)普通

的用戶的需要,尤其是不需要進行大量浮點運算的用戶,英特爾公司推出了486 SX CPU。80486 SX主板上一般都有80487協(xié)微處理器插座,如果需要浮點協(xié)微處理器的功能,可以插上一個80487協(xié)微處理器芯片,這樣就等同于486 DX了。常見的80486 SX CPU有：80486 SX－25、33�！�

其實這種CPU的名字與頻率是有關(guān)的,這種CPU的內(nèi)部頻率是主板頻率的兩/四倍,如80486 DX2－66,CPU的頻率是66MHz,而主板的頻率只要是33MHz就可以了。　

80486 SL CPU最初是為筆記本電腦和其他便攜機設(shè)計的,與386SL一樣,這種芯片使用3.3V而不是5V電源,而且也有內(nèi)部切斷電路,使微處理器和其他一些可選擇的部件在不工作時,處于休眠狀態(tài),這樣就可以減少筆記本電腦和其他便攜機的能耗,延長使用時間�！�

升級486 SX可以在主板的協(xié)微處理器插槽上安裝一個80487SX芯片,使其等效于486 DX,但是這樣升級后,只是增加了浮點協(xié)微處理器的能力,并沒有提高系統(tǒng)的速度。為了提高系統(tǒng)的速度,還有另外一種升級的方法,就是在協(xié)微處理器插槽上插上一個486 OverDrive CPU,它的原理與486 DX2 CPU一樣,其內(nèi)部操作速度可以是外部速度的兩倍。如一個20MHz的主板上安插了OverDrive CPU之后,CPU內(nèi)部的操作速度可以達(dá)到40MHz。486 OverDrive CPU也有浮點協(xié)微處理器的功能,常見的有：OverDrive－50、66、80�！�

作為全球知名的半導(dǎo)體廠商之一,美國德州儀器(TI)也在486時代異軍突起,它自行生產(chǎn)了486 DX系列CPU,尤其在486DX2成為主流后,其DX2－80因較高的性價比成為當(dāng)時主流產(chǎn)品之一,TI 486最高主頻為DX4－100,但其后再也沒有進入過CPU市場�！�

這是Cyrix公司生產(chǎn)的486 CPU,說它是486 CPU,是指它的效率上逼近486 CPU,卻并不是嚴(yán)格意義上的486 CPU,這是由486 CPU的特點而定的。486DLC CPU只是將386DX CPU與1K Cache組合在一塊芯片里,沒有內(nèi)含浮點協(xié)微處理器,執(zhí)行一條指令需要兩個振蕩周期。但是由于486DLC CPU設(shè)計精巧,486DLC－33 CPU的效率逼近英特爾公司的486 SX－25,而486DLC－40 CPU則超過了486 SX－25,并且486DLC－40 CPU的價格比486 SX－25便宜。486DLC CPU是為了升級386DM而設(shè)計的,如果原來有一臺386電腦,想升級到486,但是又不想更換主板,就可以拔下原來的386 CPU,插上一塊486DLC CPU就可以了。　

自從英特爾另辟蹊徑,開發(fā)了Pentium之后,Cyrix也很快推出了自己的新一代產(chǎn)品5x86。它仍然延用原來486系列的CPU插座,而將主頻從100MHz提高到120MHz。5x86比起486來說性能是有所增加,可是比起Pentium來說,不但浮點性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足,就連Cyrix一向自豪的整數(shù)運算性能也不那么高超,給人一種比上不足比下有余的感覺。由于5x86可以使用486的主板,因此一般將它看成是過渡產(chǎn)品�！�

AMD 486DX是AMD公司在 486市場的利器,它內(nèi)置16KB回寫緩存,并且開始了單周期多指令的時代,還具有分頁虛擬內(nèi)存管理技術(shù)。由于后期TI推出了486DX2－80,價格非常低,英特爾又推出了Pentium系列,AMD為了搶占市場的空缺,推出了5x86系列CPU。它是486級最高主頻的產(chǎn)品,為5x86－120及133。它采用了一體的16K回寫緩存,0.35微米工藝,33×4的133頻率,性能直指Pentium 75,并且功耗要小于Pentium。　

1993年,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(chǎn)品命名為Pentium(奔騰)以區(qū)別AMD和Cyrix的產(chǎn)品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86微處理器來對付芯片巨人,但是由于奔騰微處理器的性能最佳,英特爾逐漸占據(jù)了大部分市場。

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

早期的奔騰75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工藝,后期120MHz頻率以上的奔騰則改用0.35微米工藝。經(jīng)典奔騰的性能相當(dāng)平均,整數(shù)運算和浮點運算都不錯。　為了提高電腦在多媒體、3D圖形方面的應(yīng)用能力,許多新指令集應(yīng)運而生,其中最著名的三種便是英特爾的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX（MultiMedia Extensions,多媒體擴展指令集）是英特爾于1996年發(fā)明的一項多媒體指令增強技術(shù),包括57條多媒體指令,這些指令可以一次處理多個數(shù)據(jù),MMX技術(shù)在軟件的配合下,就可以得到更好的性能。

多能奔騰(Pentium MMX)的正式名稱就是“帶有MMX技術(shù)的Pentium”,是在1996年底發(fā)布的。從多能奔騰開始,英特爾就對其生產(chǎn)的CPU開始鎖倍頻了,但是MMX的CPU超外頻能力特別強,而且還可以通過提高核心電壓來超倍頻,所以那個時候超頻是一個很時髦的行動。超頻這個詞語也是從那個時候開始流行的。

多能奔騰是繼Pentium后英特爾又一個成功的產(chǎn)品,其生命力也相當(dāng)頑強。多能奔騰在原Pentium的基礎(chǔ)上進行了重大的改進,增加了片內(nèi)16KB數(shù)據(jù)緩存和16KB指令緩存,4路寫緩存以及分支預(yù)測單元和返回堆棧技術(shù)。特別是新增加的57條MMX多媒體指令,使得多能奔騰即使在運行非MMX優(yōu)化的程序時,也比同主頻的Pentium CPU要快得多。

這57條MMX指令專門用來處理音頻、視頻等數(shù)據(jù)。這些指令可以大大縮短CPU在處理多媒體數(shù)據(jù)時的等待時間,使CPU擁有更強大的數(shù)據(jù)處理能力。與經(jīng)典奔騰不同,多能奔騰采用了雙電壓設(shè)計,其內(nèi)核電壓為2.8V,系統(tǒng)I/O電壓仍為原來的3.3V。如果主板不支持雙電壓設(shè)計,那么就無法升級到多能奔騰。

多能奔騰的代號為P55C,是第一個有MMX技術(shù)(整量型單元執(zhí)行)的CPU,擁有16KB數(shù)據(jù)L1 Cache,16KB指令L1 Cache,兼容SMM,64位總線,528MB/s的頻寬,2時鐘等待時間,450萬個晶體管,功耗17瓦。支持的工作頻率有:133MHz、150MHz、166MHz、200MHz、233MHz�！≡鴰缀螘r,Pentium Pro是高端CPU的代名詞,Pentium Pro所表現(xiàn)的性能在當(dāng)時讓很多人大吃一驚,但是Pentium Pro是32位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的CPU,所以Pentium Pro運行16位應(yīng)用程序時性能一般,但仍然是32位的贏家,但是后來,MMX的出現(xiàn)使它黯然失色。

Pentium Pro(高能奔騰,686級的CPU)的核心架構(gòu)代號為P6（也是未來PⅡ、PⅢ所使用的核心架構(gòu)）,這是第一代產(chǎn)品,二級Cache有256KB或512KB,最大有1MB的二級Cache。工作頻率有:133/66MHz(工程樣品),150/60MHz、166/66MHz、180/60MHz、200/66MHz。　K5是AMD公司第一個獨立生產(chǎn)的x86級CPU,發(fā)布時間在1996年。由于K5在開發(fā)上遇到了問題,其上市時間比英特爾的Pentium晚了許多,再加上性能不好,這個不成功的產(chǎn)品一度使得AMD的市場份額大量喪失。K5的性能非常一般,整數(shù)運算能力不如Cyrix的6x86,但是仍比Pentium略強,浮點運算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上Pentium,但稍強于Cyrix。綜合來看,K5屬于實力比較平均的那一種產(chǎn)品。K5低廉的價格顯然比其性能更能吸引消費者,低價是這款CPU最大的賣點�！�

AMD 自然不甘心Pentium在CPU市場上呼風(fēng)喚雨,因此它們在1997年又推出了K6。K6這款CPU的設(shè)計指標(biāo)是相當(dāng)高的,它擁有全新的MMX指令以及64KB L1 Cache（比奔騰MMX多了一倍）,整體性能要優(yōu)于奔騰MMX,接近同主頻PⅡ的水平。K6與K5相比,可以平行地處理更多的指令,并運行在更高的時鐘頻率上。AMD在整數(shù)運算方面做得非常成功,K6稍微落后的地方是在運行需要使用到MMX或浮點運算的應(yīng)用程序方面,比起同樣頻率的Pentium 要差許多。

K6擁有32KB數(shù)據(jù)L1 Cache,32KB指令L1 Cache,集成了880萬個晶體管,采用0.35微米技術(shù),五層CMOS,C4工藝反裝晶片,內(nèi)核面積168平方毫米(新產(chǎn)品為68平方毫米),使用Socket7架構(gòu)。　Cyrix 也算是一家老資格的CPU開發(fā)商了,早在x86時代,它和英特爾,AMD就形成了三雄并立的局面。

自從Cyrix與美國國家半導(dǎo)體公司合并后,使它終于擁有了自己的芯片生產(chǎn)線,成品也日益完善和完備。Cyrix的6x86是投放到市場上與Pentium兼容的微處理器。　美國IDT公司（Integrated Device Technology）作為新加入此領(lǐng)域的CPU生產(chǎn)廠商,在1997年推出的

第一個微微處理器產(chǎn)品是WinChip（即C6）,在整個CPU市場上所占的份額還不足1%。1998年5月,IDT宣布了它的第二代產(chǎn)品WinChip 2 。

WinChip 2在原有WinChip的基礎(chǔ)上作了一些改進,增加了一個雙指令的MMX單元,增強了浮點運算功能。改進后的WinChip 2比相同頻率的WinChip性能提高約10%,基本達(dá)到Intel Pentium微處理器的性能。　1997年～1998年是CPU市場競爭異常激烈的一年,這一時期的CPU芯片異彩紛呈,令人目不暇接。

PentiumⅡ的中文名稱叫“奔騰二代”,它有Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai等幾種不同核心結(jié)構(gòu)的系列產(chǎn)品,其中第一代采用Klamath核心,0.35微米工藝制造,內(nèi)部集成750萬個晶體管,核心工作電壓為2.8V。

PentiumⅡ微處理器采用了雙重獨立總線結(jié)構(gòu),即其中一條總線連通二級緩存,另一條負(fù)責(zé)主要內(nèi)存。PentiumⅡ使用了一種脫離芯片的外部高速L2 Cache,容量為512KB,并以CPU主頻的一半速度運行。作為一種補償,英特爾將PentiumⅡ的L1 Cache從16KB增至32KB。另外,為了打敗競爭對手,英特爾第一次在PentiumⅡ中采用了具有專利權(quán)保護的Slot 1接口標(biāo)準(zhǔn)和SECC(單邊接觸盒)封裝技術(shù)。

1998年4月16日,英特爾第一個支持100MHz額定外頻的、代號為Deschutes的350、400MHz CPU正式推出。采用新核心的PentiumⅡ微處理器不但外頻提升至100MHz,而且它們采用0.25微米工藝制造,其核心工作電壓也由2.8V降至2.0V,L1 Cache和L2 Cache分別是32KB、512KB。支持芯片組主要是Intel的440BX。

在1998年至1999年間,英特爾公司推出了比PentiumⅡ功能更強大的CPU——Xeon（至強微處理器）。該款微處理器采用的核心和PentiumⅡ差不多,0.25微米制造工藝,支持100MHz外頻。Xeon最大可配備2MB Cache,并運行在CPU核心頻率下,它和PentiumⅡ采用的芯片不同,被稱為CSRAM（Custom StaticRAM,定制靜態(tài)存儲器）。除此之外,它支持八個CPU系統(tǒng)；使用36位內(nèi)存地址和PSE模式（PSE36模式）,最大800MB/s的內(nèi)存帶寬。Xeon微處理器主要面向?qū)π阅芤�求更高的服�?wù)器和工作站系統(tǒng),另外,Xeon的接口形式也有所變化,采用了比Slot 1稍大一些的Slot 2架構(gòu)(可支持四個微處理器)�！�

英特爾為進一步搶占低端市場,于1998年4月推出了一款廉價的CPU—Celeron（中文名叫賽揚）。最初推出的Celeron有266MHz、300MHz兩個版本,且都采用Covington核心,0.35微米工藝制造,內(nèi)部集成1900萬個晶體管和32KB一級緩存,工作電壓為2.0V,外頻66MHz。Celeron與PentiumⅡ相比,去掉了片上的L2 Cache,此舉雖然大大降低了成本,但也正因為沒有二級緩存,該微處理器在性能上大打折扣,其整數(shù)性能甚至不如Pentium MMX。

為彌補缺乏二級緩存的Celeron微處理器性能上的不足,進一步在低端市場上打擊競爭對手,英特爾在Celeron266、300推出后不久,又發(fā)布了采用Mendocino核心的新Celeron微處理器—Celeron300A、333、366。與舊Celeron不同的是,新Celeron采用0.25微米工藝制造,同時它采用Slot 1架構(gòu)及SEPP封裝形式,內(nèi)建32KB L1 Cache、128KB L2 Cache,且以CPU相同的核心頻率工作,從而大大提高了L2 Cache的工作效率�！�AMD于1998年4月正式推出了K6－2微處理器。它采用0.25微米工藝制造,芯片面積減小到了68平方毫米,晶體管數(shù)目也增加到930萬個。另外,K6－2具有64KB L1 Cache,二級緩存集成在主板上,容量從512KB到2MB之間,速度與系統(tǒng)總線頻率同步,工作電壓為2.2V,支持Socket 7架構(gòu)。

K6－2是一個K6芯片加上100MHz總線頻率和支持3D Now！浮點指令的“結(jié)合物”。3D Now！技術(shù)是對x86體系的重大突破,它大大加強了處理3D圖形和多媒體所需要的密集浮點運算性能。此外,K6－2支持超標(biāo)量MMX技術(shù),支持100MHz總線頻率,這意味著系統(tǒng)與L2緩存和內(nèi)存的傳輸率提高近50%,從而大大提高了整個系統(tǒng)的表現(xiàn)�！∽鳛镃yrix公司獨自研發(fā)的最后一款微處理器,Cyrix MⅡ是于1998年3月開始生產(chǎn)的。除了具有6x86本身的特性外,該微處理器還支持MMX指令,其核心電壓為2.9V,具有256字節(jié)指令;3.5X倍頻;核心內(nèi)集成650萬個晶體管,功耗20.6瓦；64KB一級緩存�！�Rise公司是一家成立于1993年11月的美國公司,主要生產(chǎn)x86兼容的CPU,在1998年推出了mP6 CPU。mp6不僅價格便宜,而且性能優(yōu)異,有著很好的多媒體性能和強大的浮點運算。mp6使用Socket 7/Super 7兼容插座,只有16KB的一級緩存�！�

1999年春節(jié)剛過,英特爾公司就發(fā)布了采用Katmai核心的新一代微處理器—PentiumⅢ。該微處理器除采用0.25微米工藝制造,內(nèi)部集成950萬個晶體管,Slot 1架構(gòu)之外,它還具有以下新特點：系統(tǒng)總線頻率為100MHz；采用第六代CPU核心—P6微架構(gòu),針對32位應(yīng)用程序進行優(yōu)化,雙重獨立總線；一級緩存為32KB(16KB指令緩存加16KB數(shù)據(jù)緩存),二級緩存大小為512KB,以CPU核心速度的一半運行；采用SECC2封裝形式；新增加了能夠增強音頻、視頻和3D圖形效果的SSE(Streaming SIMD Extensions,數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴展）指令集,共70條新指令。PentiumⅢ的起始主頻速度為450MHz。

和PentiumⅡ Xeon一樣,英特爾同樣也推出了面向服務(wù)器和工作站系統(tǒng)的高性能CPU—PentiumⅢ Xeon至強微處理器。除前期的PentiumⅡ Xeon500、550采用0.25微米技術(shù)外,該款微處理器是采用0.18微米工藝制造,Slot 2架構(gòu)和SECC封裝形式,內(nèi)置32KB一級緩存和512KB二級緩存,工作電壓為1.6V�！�為進一步鞏固低端市場優(yōu)勢,英特爾于2000年3月29日推出了采用Coppermine核心CeleronⅡ。該款

微處理器同樣采用0.18微米工藝制造,核心集成1900萬個晶體管,采用FC－PGA封裝形式,它和賽揚Mendocino一樣內(nèi)建128KB和CPU同步運行的L2 Cache,故其內(nèi)核也稱為Coppermine 128。CeleronⅡ不支持多微處理器系統(tǒng)。但是,CeleronⅡ的外頻仍然只有66MHz,這在很大程度上限制了其性能的發(fā)揮。　

AMD于1999年2月推出了代號為“Sharptooth”(利齒)的K6－Ⅲ,它是該公司最后一款支持Super 7架構(gòu)和CPGA封裝形式的CPU,采用0.25微米制造工藝、內(nèi)核面積是135平方毫米,集成了2130萬個晶體管,工作電壓為2.2V/2.4V。

相對于K6－2而言,K6－Ⅲ最大的變化就是內(nèi)部集成了256KB二級緩存（新賽揚只有128KB）,并以CPU的主頻速度運行。K6－Ⅲ的這一變化將能夠更大限度發(fā)揮高主頻的優(yōu)勢。此外,該微處理器還帶有64KB一級緩存（32KB用于指令,另32KB用于數(shù)據(jù)）,而且在主板上還集成了以系統(tǒng)總線頻率同步運行的三級緩存,其容量大小從512KB到2MB之間�！�1999年6月23日,AMD公司推出了具有重大戰(zhàn)略意義的K7微處理器,并將其正式命名為Athlon。K7有

兩種規(guī)格的產(chǎn)品：第一種采用0.25微米工藝制造,使用K7核心,工作電壓為1.6V(其緩存以主頻速度的一半運行)；第二種采用0.18微米工藝制造,使用K75核心；工作電壓有1.7V和1.8V兩種。上述兩種類型的K7微處理器內(nèi)部都集成了2130萬個晶體管,外頻均為200MHz。

Athlon包含128KB的L1 Cache(PⅡ/PⅢ只有32KB)；512KB～1MB L2 Cache的片外緩存。同時,它還采用了全新的宏處理結(jié)構(gòu),擁有三個并行的x86指令譯碼器,可以動態(tài)推測時序,亂序執(zhí)行；K7擁有一個強勁的浮點處理單元,在3DNOW！指令的幫助下會有更進一步的3D和多媒體處理能力,這個先進的FPU使K7擁有超越其他x86微處理器2倍的性能！另外,K7采用了一種類似于Slot 1的全新的Slot A架構(gòu),從物理結(jié)構(gòu)上兩者可以互換,但后者的電器性能和前者完全不兼容。在總線方面,使用的是Digital公司的Alpha系統(tǒng)總線協(xié)議EV6,外頻達(dá)200MHz；Athlon是AMD第一個具有SMP（對稱多微處理器技術(shù)）能力的桌面CPU,即使用者可以用Athlon構(gòu)建雙微處理器甚至4微處理器系統(tǒng)！　

AMD公司在2000年6月份連續(xù)推出了新款的Thunderbird（雷鳥）、Duron（毒龍）微處理器,再次向英特爾Coppermine（銅礦）核心的微處理器發(fā)出了強有力的挑戰(zhàn)。

Thunderbird是AMD面向高端的Athlon系列延續(xù)產(chǎn)品,采用0.18微米的制造工藝,共有Slot A和Socket A兩種不同的架構(gòu),但它們在設(shè)計上大致相同：均內(nèi)置128KB的一級緩存和256KB的二級緩存,其二級緩存與CPU主頻速度同步運行；工作電壓為1.70V～1.75V,相應(yīng)的功耗也比老的Athlon要小;集成3700萬個晶體管,核心面積達(dá)到120平方毫米。

另外,Thunderbird微處理器支持200MHz系統(tǒng)總線頻率,提供巨大的帶寬,且支持Alpha EV6總線協(xié)議,具有多重并行x86指令解碼器。

Duron微處理器是AMD首款基于Athlon核心改進的低端微處理器,它原來的研發(fā)代號稱為“Spitfire”。Duron外頻也是200MHz,內(nèi)置128KB的一級緩存和64KB的全速二級緩存,它的工作電壓為1.5V,因而功耗要較Thunderbird小。而且它核心面積是100平方毫米,內(nèi)部集成的晶體管數(shù)量為2500萬個,比K7核心的Athlon多300萬個。這些特點符合了AMD面對低端市場的策略,即低成本低功耗而又高性能。在浮點性能上,基于K7體系的Duron明顯優(yōu)于采用P6核心設(shè)計的Intel系列微處理器,它具有三個全流水亂序執(zhí)行單元,一個用于加/減運算,一個用于復(fù)合指令還有一個是浮點存儲單元。

VIA公司在收購Cyrix之后,同期正式推出了代號為Joshua的第一款微處理器,它采用0.18微米工藝制造,Socket 370架構(gòu),支持133MHz外頻,并擁有256KB L2 Cache及3D NOW！指令集。

另外,VIA后來還推出了采用新一代Samuel核心的CyrixⅢ微處理器,它加入新一代的3D Now!多媒體指令集,提供133MHz系統(tǒng)外頻,128K一級高速緩存,采用0.18微米制造工藝生產(chǎn),芯片面積僅76平方毫米。它還采用了動態(tài)電源緩存結(jié)構(gòu)（Dynamic Power Caching Architecture,DPCA）技術(shù),使新CyrixⅢ微處理器的耗電量已不到10瓦,因此新CyrixⅢ微處理器也可適用在筆記型電腦或其它IA產(chǎn)品上�！≡贏MD推出Athlon后不久,2000年11月,Intel同樣推出了一臺強大的第7代x86微處理器,名為奔騰4（Pentium 4,或簡稱奔4或P4）,并且是繼1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新設(shè)計過的處理器,這一新的架構(gòu)稱做NetBurst。

首款產(chǎn)品代碼為：Willamette,擁有1.4GHz左右的內(nèi)核時鐘,并使用Socket 423腳位架構(gòu),首款處理器于2000年11月發(fā)布。不同于Pentium II、Pentium III和各種Celeron處理器,因為是全新設(shè)計的產(chǎn)品,所以與Pentium Pro的關(guān)聯(lián)很小。值得注意的是,Pentium 4有著非常快速到400MHz的前端總線,之后更有提升到533MHz、800MHz。它其實是一個為100MHz的四條并列總線 (100Mhz x4 并列),因此理論上它可以傳送比一般總線多四倍的容量,所以號稱有400MHz的速度。AMD Athlon的前端總線則有266MHz的速度（133MHz雙倍并列總線）。

16位微處理器（圖中為8086微處理器）可分成兩個部分,一部分是執(zhí)行部件(EU),即執(zhí)行指令的部分；另一部分是總線接口部件(BIU),與8086總線聯(lián)系,執(zhí)行從存儲器取指令的操作。微處理器分成EU和BIU后,可使取指令和執(zhí)行指令的操作重疊進行。EU部分有一個寄存器堆,由8個16位的寄存器組成,可用以存放數(shù)據(jù)、變址和堆棧指針、算術(shù)運算邏輯單元 (ALU)執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯操作,標(biāo)志寄存器寄存這些操作結(jié)果的條件。

執(zhí)行部件中的這些部件是通過數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的�？偩�接口部件也有一個寄存器堆,其中CS、DS、SS和ES是存儲空間分段的分段寄存器。IP是指令指針。內(nèi)部通信寄存器也是暫時存放數(shù)據(jù)的寄存器。指令隊列是把預(yù)先取來的指令流存放起來�？偩�接口部件還有一個地址加法器,把分段寄存器值和偏置值相加,取得20位的物理地址。數(shù)據(jù)和地址通過總線控制邏輯與外面的8086系統(tǒng)總線相聯(lián)系。

中國微處理器簡介

2004年2月18日,由清華大學(xué)自主研發(fā)的32位微處理器THUMP芯片終于領(lǐng)到了由國家教育部頒發(fā)的“身份證”：典型工作頻率400MHz,功耗1.17mW/MHz,芯片顆粒40片,最高工作頻率可達(dá)500MHz,是目前國內(nèi)工作頻率最高的微處理器。 “這標(biāo)志著我國在自主研發(fā)CPU芯片領(lǐng)域邁開了實質(zhì)性的一大步�！苯逃�部對THUMP的誕生給予了較高評價�！�

在龍芯1號、龍芯2號的基礎(chǔ)上,中國正在自主研發(fā)新一代的龍芯3號。

龍芯3A的工作頻率為900MHz～1GHz,功耗約15W,頻率為1GHz時雙精度浮點運算速度峰值達(dá)到每秒160億次,單精度浮點運算速度峰值每秒320億次。龍芯3A采用意法半導(dǎo)體公司（STMicro）65納米CMOS工藝生產(chǎn),晶體管數(shù)目達(dá)4.25億個,芯片采用BGA封裝,引腳的數(shù)目為1121個,功耗小于15瓦。 龍芯3A集成了四個64位超標(biāo)量處理器核、4MB的二級Cache、兩個DDR2/3內(nèi)存控制器、兩個高性能HyperTransport控制器、一個PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I/O控制器。龍芯3A的指令系統(tǒng)與MIPS64兼容并通過指令擴展支持X86二進制翻譯。 龍芯3號在包括服務(wù)器、高性能計算機、低能耗數(shù)據(jù)中心、個人高性能計算機、高端桌面應(yīng)用、高吞吐計算應(yīng)用、工業(yè)控制、數(shù)字信號處理、高端嵌入式應(yīng)用等產(chǎn)品中具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

工作原理

可用晶體管的數(shù)量對處理器性能有巨大影響。如上所述,在8088這樣的處理器中,通常要花費15個時鐘周期才能執(zhí)行一條指令。由于乘法器的設(shè)計方式,在 8088上進行16位的乘法運算大約需要80個時鐘周期。而晶體管越多,就越有可能在一個周期中執(zhí)行更多的乘法運算。

晶體管數(shù)量的增多還使我們能夠使用一種稱為流水線的技術(shù)。在流水線式的體系結(jié)構(gòu)中,指令的執(zhí)行過程是相互重疊的。所以,雖然需要花費5個時鐘周期來執(zhí)行每條指令,但是可以同時執(zhí)行5條指令的各個階段。這樣,表面看起來在每個時鐘周期內(nèi)即可執(zhí)行完一條指令。

許多現(xiàn)代的處理器具有多個指令解碼器,每一個都有自己的流水線。這樣便存在多個指令流,也就是說每個時鐘周期可以完成多條指令。但是這種技術(shù)實現(xiàn)起來非常復(fù)雜,因此需要使用大量的晶體管。

發(fā)展趨勢

處理器設(shè)計的發(fā)展趨勢主要是：完全32位的ALU（內(nèi)置快速浮點處理器）和多指令流的流水線式執(zhí)行方式。處理器設(shè)計的最新進展是64位ALU,預(yù)計在下一個十年中家用PC就會用上這種處理器。此外,還存在為處理器添加可高效執(zhí)行某些操作的特殊指令（例如MMX指令）的趨勢,以及在處理器芯片中增加硬件虛擬內(nèi)存支持和L1緩存的趨勢。所有這些趨勢都進一步增加了晶體管的數(shù)量,導(dǎo)致現(xiàn)在的處理器包含數(shù)千萬個晶體管。而這些處理器每秒大約可以執(zhí)行十億條指令。