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硬件工程师培训教程（三）
第一节 CPU 的历史
　　CPU 从z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z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:
　　1 .I n t e l 4 0 04
　　1971 年，Intel 公司推出了世界上第一款微处理器4004 。这是第一个用于个人计算机的4 位微处
理器，它包含2 3 00 个晶体管，由于性能很差，市场反应冷淡。
　　2 .I n t e l 8 0 8 0 /8 0 85
　　在4 0 04 之后，I n t el 公司又研制出了8080 处理器和8 0 85 处理器，加上当时美国M o t o r o la 公司的M C 6 8 00 微处理器和Z i l og 公司的Z80 微处理器，一起组成了8 位微处理器家族。
　　3 .I n t e l 8 0 8 6 /8 0 88
　　16微处理器的典型产品是I n t el 公司的8086 微处理器， 以及同时生产出的数学协处理器，即8087 。这两种芯片使用互 相兼容的指令集，但在8 0 87 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的指令。由于这些指令应用于 8 0 86 和8 0 87，因此被人们统称为x 86 指令集。此后I n t el 推出新一代CPU 产品均兼容原来的x 86 指令集。
　　
　　1979 年I n t el 公司推出了8 0 86 的简化版——8088 芯 片，它仍是16 位微处理器，内含2 9 0 00 个晶体管，时钟 频率为4 .7 7 M Hz，地址总线为20 位，可以使用1MB 内存。 8088 的内部数据总线是16 位　，外部数据总线是8 位。1981 年，8 0 88 芯片被首次用于I B M PC 机当中，开创了个人电 脑的新时代。如果说8080 处理器还不为大多数人所熟知的话，那么8 0 88 则可以说是家喻户晓了，P C(个人电脑)机的第一代C PU 便是从它开始的。
　　
　　4 .I n t e l 8 0 2 86
　　1982 年的I n t e l 8 0 2 86 虽然是16 位芯片，但是其内部已包含了1 3 .4 万个晶体管，时钟频率也到了前所未有的2 0 M Hz 。其内、外部数据总线均为16 位，地址总线为24 位，可以使用1 6 MB 内
存，工作方式包括实模式和保护模式两种。
　　5 .I n t e l 8 0 3 8 6 D X /8 0 3 8 6 SX
　　32 位微处理器的代表产品首推I n t el 公司1 9 85 年推出的 8 0 3 86，这是一种全32 位微处理器芯片，也是x86 家族中第一款 32 位芯片，其内部包含了2 7 .5 万个晶体管，时钟频率为1 2. 5MHz，后逐步提高到3 3 M Hz 。8 0 3 86 的内部和外部数据总线都是 32 位，地址总线也是32 位，可以寻址到4 GB 内存。它除了具有 实模式和保护模式以外，还增加了一种虚拟3 86 的工作方式，可 以通过同时模拟多个8 0 86 处理器来提供多任务能力。
　　1 9 89 年，I n t el 公司又推出准32 位处理器芯片8 0 3 8 6 SX 。它 的内部数据总线为32 位，与8 0 3 86 相同，外部数据总线为16 位。 也就是说，8 0 3 8 6 SX 的内部处理速度与8 0 3 86 接近，也支持真正 的多任务操作，并且可以使用为8 0 2 86 开发的输入/输出接口芯片。8 0 3 8 6 SX 的性能优于8 0 2 86，而价格只及8 0 3 86 的1/3 。386 处理器没有内置数学协处理器，因 此不能执行浮点运算指令，如果需要进行浮点运算，必须额外购买昂贵的8 0 3 87 数学协处理器。
　　 
　　6 .I n t e l 8 0 4 8 6 D X /8 0 4 8 6 SX
　　1 9 89 年，8 0 4 86 处理器面市，它集成了125 万个晶体管，时 钟频率由25MHz 逐步提升到33MHz 、4 0 M Hz 和50MHz 。80486 内含 80386 和数字协处理器80387 以及一个8KB 的高速缓存，并在x 86 系列中首次使用了RISC(精简指令集)技术，可以在一个时钟周期 内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内 存的数据交换速度。由于这些改进，8 0 4 86 的性能比带有8 0 3 87 数学协处理器的8 0 3 86 提高了4 倍。
　　
　　早期的486理器分为有数学协处理器的486DX 和无数学协处 理器的4 8 6 SX 两种，其价格也相差许多。随着芯片技术的不断发，C PU 的频率越来越快，而PC 机外部设备受工艺限制，能够 承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU 主频的进一步提高，在这种情况下，出现了C PU 倍频技术，该技术使C PU 内部工作频率为处理器外频的2 ～3 倍，4 8 6 D X2 、 4 8 6 D X4 的名字便是由此而来。以后的日子里，C PU 开始了突飞猛进的发展。
　　7 .I n t e l P e n t i u m C l a s s i c(经典奔腾)
　　代号:P54C
　　发布时间:1993 年
　　核心频率:60 ～200MHz
　　总线频率:50 ～66MHz
　　工作电压:3.3V
　　制造工艺:0.8 ～0.35 μm
　　晶体管数目:310 ～330 万个
　　芯片面积:191mm 2
　　缓存容量:16KB L1 Cache
　　指令内置:x 86 指令集、x 86 译码器、80 位浮点单元
　　接口类型:Socket 7
　　
　　早期的Pentium 处理器(主要是Pentium 60 和Pentium 66)存在浮点运算错误的问题，Intel 为此
花4 亿美元回收了大批有问题的CPU，这在当时是十分冒险的行为，但Intel 的这一做法z终赢得了用
户的信任，P e n t i um 再度成为市场上z畅销的产品。
　　8 .I n t e l P e n t i u m P r o(高能奔腾)
　　代号:P6
　　发布时间:1995 年
　　核心频率:150 ～200MHz
　　总线频率:60 ～66MHz
　　工作电压:3.1V/3.3V
　　制造工艺:0.5 ～0.35 μm
　　晶体管数目:550 ～700 万个
　　芯片面积:196mm 2
　　缓存容量:16KB L1 Cache 、256KB/512KB/1MB L2 Cache
　　指令内置:x 86 指令集、x 86 译码器、80 位浮点单元、分支预测功能
　　接口类型:Socket 8
　　9 .I n t e l P e n t i u m M MX
　　代号:P55C
　　发布时间:1997 年
　　核心频率:166 ～233MHz
　　总线频率:60 ～66MHz
　　内核电压:2.8V
　　I/O 电压:3.3V
　　制造工艺:0.35 μm
　　晶体管数目:450 万个
　　芯片面积:128mm 2
　　缓存容量:32KB L1 Cache
　　指令内置:x 86 指令集、x 86 译码器、80 位浮点单元、M MX 多媒体指令集
　　接口类型:Socket 7
　　
　　P e n t i u m M MX 有1 6 KB 数据缓存、 1 6 KB 指令缓存和4 路写缓存，并增加了 从Pentium Pro 而来的分支预测单元和从 Cyrix 6x86 而来的返回堆栈技术。新增 的57 条M MX 指令用来处理音频、视频和
图像数据，使C PU 在多媒体应用上的能 力大大增强。
　　
　　1 0 .I n t e l P e n t i u m Ⅱ 代号:K l a m a t h (1 9 97 年上市)、 Deschutes(1998 年上市)
　　核心频率:233 ～333MHz(66MHz 外频)、350 ～450MHz(100MHz 外频)
　　总线频率:66 ～100MHz
　　制造工艺:0.35(Klamath)/0.25(Deschutes)μm
　　核心电压:2.8V(Klamath)/2.0V(Deschutes)
　　晶体管数目:750 万个
　　芯片面积:130.9mm 2
　　缓存容量:32KB L1 Cache 、512KB L2 Cache
　　接口类型:Slot 1
　　Pentium Ⅱ是在Pentium Pro 的基础上将内置的L2 Cache 移出，与C PU 焊在同一块电路板上，然后封装成卡匣形式而 成。外置L 2 C a c he 的容量为5 1 2 KB，以C PU 速度的一半运行。
　　
　　
　　1 1 .I n t e l C e l e r o n(赛扬)
　　代号:Covington
　　发布时间:1998 年
　　核心频率:266 ～300MHz
　　总线频率:66MHz
　　制造工艺:0.25 μm
　　晶体管数目:750 万个
　　芯片面积:153.9mm 2
　　缓存容量:32KB L1 Cache
　　接口类型:Slot 1
　　 　　　　
　　1 2 .I n t e l C e l e r o n M e n d o c i n o(新赛扬)
　　代号:Mendocino
　　发布时间:1998 年
　　核心频率:300 ～533MHz
　　总线频率:66MHz
　　制造工艺:0.25 μm
　　晶体管数目:1900 万个
　　芯片面积:153.9mm 2
　　缓存容量:32KB L1 Cache 、128KB L2 Cache
　　接口类型:Slot 1 、Socket 370
　　由于具有和Pentium Ⅱ一样的核心，所以Celeron 的浮点能力依然强劲，在游戏和3D 图形处理方面与
P e n t i u m Ⅱ一样出色。但没有了L 2 C a c he，C e l e r on 的整数性能大打折扣，Celeron 266 的整数运算能力甚 至还不及Pentium MMX 233，在与K6-2 的争斗中一败 涂地。所以I n t el 又加入了1 2 8 KB 全速L 2 C a c he，此为新赛扬。
　　
　　新赛扬只有128KB L2 Cache，虽然比 起P e n t i u m Ⅱ的5 1 2 KB 少得多，但其性能 并不比P e n t i u m Ⅱ差。因为新赛扬的缓存 速度与C PU 核心频率相同，而P e n t i u m Ⅱ 的缓存速度只有C PU 核心频率的一半。
　　 
　　正因为如此，新赛扬不但具有同频 P e n t i u m Ⅱ的高性能，并且具有很强的超 频能力，部分300MHz Celeron A 能超到令 人吃惊的5 0 4 M Hz 甚至更高。
　　1 3 .I n t e l P e n t i u m Ⅲ
　　代号:K a t m ai 、C o p p e r m i ne
　　发布时间:1999 年
　　核心频率:450MHz 以上
　　总线频率:100 ～133MHz
　　CPU 核心电压:1.8V
　　制造工艺:0.25(Katmai)/0.18(Coppermine)μm
　　晶体管数目:950 万个
　　芯片面积:153.9mm 2
　　缓存容量:32KB L1 Cache 、512KB L2 Cache
　　指令内置:MMX 指令集和SSE 指令集
　　
　　Pentium Ⅲ处理器增加了70 条SSE 指令，并具有惟一的处理 器序列号。