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计算机组成原理论文——CPU的历史与发展

2017-10-11 5页 doc 19KB 34阅读

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计算机组成原理论文——CPU的历史与发展计算机组成原理论文——CPU的历史与发展 1、X86 时代的 CPU1、1 初发展 CPU 的溯源可以一直到 1971 年。在那一年,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。 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。 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 4.77...
计算机组成原理论文——CPU的历史与发展
计算机组成原理论文——CPU的历史与发展 1、X86 时代的 CPU1、1 初发展 CPU 的溯源可以一直到 1971 年。在那一年,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。 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。 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。1、2 Intel 8086 处理器 1982 年,许多年轻的读者尚在襁褓之中的时候,INTE 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。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。1、3 Intel 80286 处理器 1985 年 INTEL 推出了 80386 芯片,它是 80X86 系列中的第一种32 位微处理器,而且制造工艺也有了很大的进步,与 80286 相比,80386 内部内含 27.5 万个晶体管,时钟频率为 12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz。1、4 Intel 80386 处理器 1989 年,我们大家耳熟能详的 80486 芯片由 INTEL 推出,这种 集成了 120芯片的伟大之处就在于它实破了 100 万个晶体管的界限,万个晶体管。80486 的时钟频率从 25MHz 逐步提高到 33MHz、50MHz。2、奔腾时代的 CPU2、1 Intel 奔腾处理器 与此同时,AMD 公司也不甘示弱推出了 K5 系列的 CPU。它的内部总线的频率和奔腾差不多,都是 60 或者 66MHz,虽然它在浮点 运算方面比不上奔腾,但是由于 K5 系列 CPU 都内置了 24KB 的一级缓存,比奔腾内置的 16KB 多出了一半,因此在整数运算和系统整体性能方面甚至要高于同频率的奔腾。2、2 Intel 奔腾 Pro 处理器 值得注意的是在 Pentimu Pro 的一个封装中除 Pentimu Pro 芯片外还包括有一个 256KB 的二级缓存芯片。而 Pentimu Pro 最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术。PentimuPro 系列的工作频率是 150/166/180/200,一级缓存都是 16KB,而前三者都有 256KB 的二级缓存,至于频率为 200 的 CPU 还分为三种版本,不同就在于他们的内置的缓存分别是 256KB,512KB,1MB。不过由于当时缓存技术还没有成熟,加上当时缓存芯片还非常昂贵,因此尽管 Pentimu Pro 性能不错,但远没有达到抛离对手的程度,加上价格十分昂贵,一次 Pentimu Pro 实际上出售的数目非常至少,市场生命也非常的短,Pentimu Pro 可以说是 Intel 第一个失败的产品。3、辉煌的开始——奔腾 MMX: 在 INTEL 吸取了奔腾 Pro 的教训, 1996 年底推出了奔腾系列的改进版本,厂家代号 P55C,也就是我们平常所说的奔腾 MMX(多能 。奔腾) 这款处理器并没有集成当时卖力不讨好的二级缓存,而是独辟蹊径,采用 MMX 技术去增强性能。 MMX 是 Intel 公司在 1996 年为增强奔腾 CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术, MMX 技术不但是一个创新,而且还开创了 CPU 开发的新纪元。4、优势的确立——奔腾 ? 1997 年五月,INTEL 又推出了和奔腾 Pro 同一个级别的产品,也就是影响力最大的 CPU——奔腾 ?。第一代奔腾 ?核心称为Klamath。奔腾 II 采用了与奔腾 Pro 相同的核心结构从而继承了原有奔腾 Pro 处理器优秀的 32 位性能,但它加快了段寄存器写操作 的速度并增加了 MMX 指令集以加速 16 位操作系统的执行速度。5、廉价高性能 CPU 的开端——Celeron: 在奔腾 ?又再次获得成功之际,INTEL 的头脑开始有点发热,飘飘然了起来,将全部力量都集中在高端市场上,从而给 AMD,CYRIX等等公司造成了不少 乘虚而入的机会,眼看着性能价格比不如对手的产品,而且低端市场一再被蚕食,INTEL 不能眼看着自己的发家之地就这样落入他人手中,又与 1998 年全新推出了面向低端市场,性能价格比相当厉害的 CPU——Celeron,赛扬处理器。6、世纪末的辉煌——奔腾 III: 在 99 年初,Intel 发布了第三代的奔腾处理器——奔腾 III, 主频有 450 和 500Mhz第一批的奔腾 III 处理器采用了 Katmai 内核,两种,这个内核最大的特点是更新了名为 SSE 的多媒体指令集,这个指令集在 MMX 的基础上添加了 70 条新指令,以增强三维和浮点应用,并且可以兼容以前的所有 MMX 程序。7、AMD 的绝地反击——Athlon 在 AMD 公司方面,刚开始时为了对抗奔腾 III,曾经推出了 K6-3处理器。K6-3 处理器是三层高速缓存(TriLevel)结构设计,内建有 64K 的第一级高速缓存(Level 1)及 256K 的第二层高速缓存 ,主板上则配置第三级高速缓存(Level 3)(Level 2) 。K6-3 处理器还支持增强型的 3D Now~指令集。由于成本上和成品率方面的问题,K6-3 处理器在台式机市场上并不是很成功,因此它逐渐从台式机市场消失,转进笔记本市场。 Athlon 真正让 AMD 扬眉吐气的是原来代号 K7 的 Athlon 处理器。具备超标量、超管线、多流水线的 Risc 核心,采用 0.25 微米工艺,集成 2200 万个晶体管,Athlon 包含了三个解码器,三个整数执行单元(IEU),三个地址生成单元(AGU),三个多媒体单元(就是浮点运算单元),Athlon 可以在同一个时钟周期同时执行三条浮点指令,每个浮点单元都是一个完全的管道。8、踏入新世纪的 CPU 进入新世纪以来,CPU 进入了更高速发展的时代,以往可望而不可及的 1Ghz 大关被轻松突破了,在市场分布方面,仍然是 Intel跟 AMD 公司在两雄争霸,它们分别推出了 Pentium4、Tualatin 核心 Tunderbird 核心 Athlon、Pentium ?和 Celeron、 AthlonXP 和 Duron等处理器,竞争日益激烈。9、CPU 未来发展的方向 纵观我们上面叙述的 CPU 发展史,大家不难得出以下的 CPU 发展方向:首先是更高的频率,其次是更小的制造工艺,第三,更大的高速缓存。 CPU 作为一个电脑的核心部件,是大家最关注的电脑硬件,甚至将 CPU 的好坏作为衡量 PC 好坏的唯一条件,足可见 CPU 的在硬件中的核心地位,而 CPU 制造技术也是 IT 技术里最高阶的技术之一,因此,有必要探讨一下未来 CPU 技术的发展方向。转自铁血社区 htt 如今 CPU 就像一匹脱缰的野马正以超乎寻常的速度向前发展,在短短的一段时间内我们满耳都充斥着频率提升、新品发布的消息。如果说显示卡、声卡的更新时技术上的创新,那么 CPU 的升级换代就是技术上的革命。毫无革命,高性能、低能耗、高速度和低成本将是 CPU 的未来的发展方向。 Intel Pentium4 有 4200 万颗晶体管以 0.18 微米制程制造,具备崭新的 Net Burst 架构,藉由内部 Trace Cache 架,256KBL2Cache,128bit 整数/浮点 SIMD 运算管线,配合 144 组 SSE2 指令集,以及外频高达 400MHz 的协助,配合外接双信道 RDRAM 与 3.2GB/s 高传输频宽的配合下,在重量级多媒体,特别是影像处理、影音剪辑以及实时动态影音的处理上,有着较为出色的表现。虽然在执行传统文书、office 之类的应用程序时,Pentium4 并没有比同时脉 Pentium4甚至劲敌 AMDAthlon 处理器还要好的表现,但 Intel 藉由其易于调升时脉的特质,将 Pentium4 时脉快速的拉 升,今年 4 月 23 日正式推出 1.7Hz 时脉版本的 Pentium4 处理器,而今年第三到第四季会进展到 2GHz,到明年年中,0.13 微米制程的新 Pentium4 将会一举突破 2.4GHz。 Intel 的企图很明显:先拉高时脉,争取转移到 0.13 微米先进制程的时间,然后再藉由制程的进化,进一步改善 Pentium4 的体质,彻底提升它的执行效能。 在 Intel 全力推广 Pentium4 的情况下,桌上型 Pentium3 会逐渐淡出市场,转战笔记型计算机市场。因为 Intel 打算先以 0.13微米制程,以既有的 P6 核心来打造低电压版的 Tualatin 处理器,高速缓存将加大到 512KB,同时将外频提高为 200MHz,它的时脉预计从 1.2GHz 开始起跳,所搭配的芯片组称为 830 芯片组,可搭配PC133 以及 DDR266 等内存规格的 P3-DDR 芯片组,将主攻中高阶笔记型计算机市场。 至于 Calderon 处理器,目前已经推进到 850MHz,以因应 AMDDuron 推进到 850 甚至 900MHz 的挑战,Intel 也在明年年中,正式将 Calderon 处理器也导入 0.13 微米制程,届时会突破 1GHz大关。 Intel 与 HP 合作开发多年的 64 位处理器 另外, “安腾”Itanium,仍在积极寻求 OEM 大厂的支持与平台建置。Itanium 具备 2500 万颗晶体管所组成,具备 733-800MHz 的时脉速度,外接 2-4MB 第三阶高速缓存的设计,总线则采取所谓的 DDR-266 的方式。 由于 Itanium 的核心是 EPIC-Explict Parallel InstructionComputing 架构,这是一种搭配编译器的改进型 VLIW 平行执行单元架构。这种架构不适合执行目前 x86 软件,在效能上会有严重的折损:IA64 软件必须针对这种架构,以其转属的编译器重新编译,才能够真正发挥出 IA64 运算平台的威力。 基于 IA64EPIC 架构开发的 64 位软件仍属稀少,Intel 前几年与许多大厂、创投公司成立一个具有两亿五千万美元的 IA64Fund,负责 IA64 架构初期平台建置以及软件开发,Intel 也预估要到 2005甚至 20120 年之间,64 位的运算平台才会成为主流。 《西域 IT》 参考资料《铁血社区》 《中国创新网》
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