硬件重点工程师培训教程三

硬件工程师培训教程（三）第一节 CPU 历史　　CPU 从最初发展至今已有20 近年历史了，这期间，按照其解决信息字长，C PU 可以分为4 位微解决器、8 位微解决器、16 位微解决器、32 位微解决器以及64 位微解决器等等。在风起云涌IT 业界，PC 机CPU 厂商重要以I n t el 、AMD 和V I A(威盛)三家为主，咱们将以她们产品为介绍重点。　　一、Intel 阵营　　I n t e l(英特尔)公司人们已经是如雷贯耳，不论你与否为计算机高手，也不论你与否是业内人士，只要你懂得计算机这个词，对I n t el 就一定不会陌生。I n t el 是全世界硬件行业老大，是世界上最大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 芯片发展历程。按照国际上当前比较可以得到业内认同说法，I n t el CPU 芯片重要经历了如下几种发展阶段:　　1 .I n t e l 4 0 04　　1971 年，Intel 公司推出了世界上第一款微解决器4004 。这是第一种用于个人计算机4 位微处理器，它包括2 3 00 个晶体管，由于性能很差，市场反映冷淡。　　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 解决器和8 0 85 解决器，加上当时美国M o t o r o la 公司M C 6 8 00 微解决器和Z i l og 公司Z80 微解决器，一起构成了8 位微解决器家族。 　　3 .I n t e l 8 0 8 6 /8 0 88　　16微解决器典型产品是I n t el 公司8086 微解决器， 以及同步生产出数学协解决器，即8087 。这两种芯片使用互 相兼容指令集，但在8 0 87 指令集中增长了某些专门用于对 数、指数和三角函数等数学计算指令。由于这些指令应用于 8 0 86 和8 0 87，因而被人们统称为x 86 指令集。此后I n t el 推出新一代CPU 产品均兼容本来x 86 指令集。　　 　　1979 年I n t el 公司推出了8 0 86 简化版——8088 芯 片，它仍是16 位微解决器，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 内部数据总线是16 位　，外部数据总线是8 位。1981 年，8 0 88 芯片被初次用于I B M PC 机当中，开创了个人电 脑新时代。如果说8080 解决器还不为大多数人所熟知话，那么8 0 88 则可以说是家喻户晓了，P C(个人电脑)机第一代C PU 便是从它开始。　　 　　4 .I n t e l 8 0 2 86　　1982 年I n t e l 8 0 2 86 虽然是16 位芯片，但是其内部已包括了1 3 .4 万个晶体管，时钟频率也到了前所未有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，工作方式涉及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 位微解决器代表产品首推I n t el 公司1 9 85 年推出 8 0 3 86，这是一种全32 位微解决器芯片，也是x86 家族中第一款 32 位芯片，其内部包括了2 7 .5 万个晶体管，时钟频率为1 2. 5MHz，后逐渐提高到3 3 M Hz 。8 0 3 86 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。它除了具备 实模式和保护模式以外，还增长了一种虚拟3 86 工作方式，可 以通过同步模仿各种8 0 86 解决器来提供多任务能力。　　1 9 89 年，I n t el 公司又推出准32 位解决器芯片8 0 3 8 6 SX 。它 内部数据总线为32 位，与8 0 3 86 相似，外部数据总线为16 位。 也就是说，8 0 3 8 6 SX 内部解决速度与8 0 3 86 接近，也支持真正 多任务操作，并且可以使用为8 0 2 86 开发输入/输出接口芯片。8 0 3 8 6 SX 性能优于8 0 2 86，而价格只及8 0 3 86 1/3 。386 解决器没有内置数学协解决器，因 此不能执行浮点运算指令，如果需要进行浮点运算，必要额外购买昂贵8 0 3 87 数学协解决器。　　  　　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 解决器面市，它集成了125 万个晶体管，时 钟频率由25MHz 逐渐提高到33MHz 、4 0 M Hz 和50MHz 。80486 内含 80386 和数字协解决器80387 以及一种8KB 高速缓存，并在x 86 系列中初次使用了RISC(精简指令集)技术，可以在一种时钟周期 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 存数据互换速度。由于这些改进，8 0 4 86 性能比带有8 0 3 87 数学协解决器8 0 3 86 提高了4 倍。 　　 　　初期486理器分为有数学协解决器486DX 和无数学协处 理器4 8 6 SX 两种，其价格也相差许多。随着芯片技术不断发，C PU 频率越来越快，而PC 机外部设备受工艺限制，可以 承受工作频率有限，这就阻碍了CPU 主频进一步提高，在这种状况下，浮现了C PU 倍频技术，该技术使C PU 内部工作频率为解决器外频2 ～3 倍，4 8 6 D X2 、 4 8 6 D X4 名字便是由此而来。后来日子里，C PU 开始了突飞猛进发展。　　7 .I n t e l P e n t i u m C l a s s i c(典型奔腾)　　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　　 　　初期Pentium 解决器(重要是Pentium 60 和Pentium 66)存在浮点运算错误问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，Intel 为此花4 亿美元回收了大批有问题CPU，这在当时是十分冒险行为，但Intel 这一做法最后赢得了用户信任，P e n t i um 再度成为市场上最畅销产品。　　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，并增长了 从Pentium Pro 而来分支预测单元和从 Cyrix 6x86 而来返回堆栈技术。新增 57 条M MX 指令用来解决音频、视频和图像数据，使C PU 在多媒体应用上能 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 基本上将内置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 容量为5 1 2 KB，以C PU 速度一半运营。　　 　　 　　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　　由于具备和Pentium Ⅱ同样核心，因此Celeron 浮点能力依然强劲，在游戏和3D 图形解决方面与P e n t i u m Ⅱ同样出众。但没有了L 2 C a c he，C e l e r on 整数性能大打折扣，Celeron 266 整数运算能力甚 至还不及Pentium MMX 233，在与K6-2 争斗中一败 涂地。因此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 Ⅱ5 1 2 KB 少得多，但其性能 并不比P e n t i u m Ⅱ差。由于新赛扬缓存 速度与C PU 核心频率相似，而P e n t i u m Ⅱ 缓存速度只有C PU 核心频率一半。　　  　　正由于如此，新赛扬不但具备同频 P e n t i u m Ⅱ高性能，并且具备很强超 频能力，某些300MHz Celeron A 能超到令 人吃惊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解决器增长了70 条SSE 指令，并具备惟一解决 器序列号。