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當你真正的深入去行走在底層的道路上,你就會接觸大量的一些貌似懂的概念性名詞,比如Intel公司的x86架構,x64等等,又或者是當年的386,486等等,唉,有的時候真的是很麻煩啊,經常看到,但是不指導,甚至曾經有過一個疑問,為何64bit計算酒稱之為x64,但是32bit的就叫做x86,為何不叫x32呢(雖然我指導僅僅就是一個名字而已,但是我仍然想知道其中原因),看的多了,因此今天得地整理了以下Intel公司發展史,也算是學習了。
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談到處理器,就應該知道著名的摩爾定律(到目前為止,還是對的)。
摩爾定律:
1965年戈登·摩爾在《電子學》雜志(Electronics Magazine)第114頁發表了影響科技業至今的摩爾定律:
1、集成電路芯片上所集成的電路的數目,每隔18個月就翻一番。
2、微處理器的性能每隔18個月提高一倍,而價格下降二分之一。
3、用一個美元所能買到的電腦性能,每隔18個月翻兩番。
鍾擺理論:
在奇數年,英特爾將會推出新的工藝;而在偶數年,英特爾則會推出新的架構。簡單的說,就是奇數工藝年和偶數架構年的概念。英特爾的鍾擺策略,能夠體現英特爾技術變化方向。當有英特爾鍾擺往左擺的時候,tick這個策略會更新工藝,往右擺的時候,tock會更新處理器微架構。舉個例子,05年說tick,英特爾更新從90納米走向65納米;06年是tock,用英特爾推出酷睿架構,07年走向45納米。值得注意的是,首先它不會在一年內兩個技術同時出現。每一年都可以在上個技術上再提升一個規模。鍾擺策略發展趨勢一般是今年架構、明年工藝,是讓大家循序漸進,而且實行鍾擺策略也是帶着整個行業按着這個鍾擺形成一種共同的結構往前走。
intel系列CPU及其架構:
本文將對intel系列CPU及其架構做簡要介紹,CPU(Central processing Unit),又稱“微處理器(Microprocessor)”,是現代計算機的核心部件。對於PC而言,CPU的規格與頻率常常被用來作為衡量一台電腦性能強弱重要指標。
CPU的起源可以一直追溯到1971年。在那一年,當時還處在起步階段的Intel公司推出了世界上第一顆微處理器4004。這不但是第一個用於計算器的4位微處理器,也是第一款個人有能力買得起的電腦處理器!
4004含有2300個晶體管,功能相當有限,而且速度還很慢,當時的藍色巨人IBM以及大部分商業用戶對此不屑一顧。但它畢竟是划時代的產品,從此以后,INTEL便與微處理器結下了不解之緣。可以這么說,CPU的歷史發展歷程一定意義上也就是Intel公司x86系列CPU的發展歷程。
Intel C8008為世界上第一款八位元處理器。8008共推出兩種速度,0.5 Mhz以及0.8 Mhz,雖然比4004的工作時脈慢,不過因為是八位元處理器(比起4004的四位元),整體效能要比4004好上許多。8008可以支援到16KB的內存。C8008是比較珍貴的紫色陶瓷鍍金接腳版本,D8008則是后期出的量產版。發布時間為1972年,8位運算+16位地址總線+16位數據總線,包含7個8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL組合可組成16位數據寄存器),支持16位內存,同時它也包含一些輸入輸出端口,這是一個相當成功的設計,還有效解決了外部設備在內存尋址能力不足的問題。
之后,intel又推出8080。8080不僅擴充了可尋址的存儲器容量和指令系統,而且指令執行速度是8008的10倍。8008系統的加法需要20μs(每秒5萬條指令),而8080系統只需要2μs(每秒50萬條指令)。另一方面8080可直接與TTL(晶體管晶體管邏輯)兼容,而8008則不能。這樣就使得接口設計更容易,而且價格更便宜。8080可尋址的范圍(64KB)是8008(16KB)的4倍,這些改進導致進入了8080時代,並且使微處理器繼續繁榮昌盛。隨后,1974年第一台PC機MITS Altair 8800問世了(注意,選擇8800這個名字,可能是為了避免侵犯Intel的版權)。為Altair 8800計算機寫的BASIC語言解釋程序是由Bill Gates(比爾·蓋茨)和Paul Allen於1975年開發的,他們是Microsoft公司的創始人。Altair 8800的匯編程序是由Digital Research公司編寫的,它曾為PC機開發了DRDOS。
8085:
8085的主頻,我們現在看來非常的可憐,甚至還不如一個MP3的DSP。它最低主頻3 MHz,最高主頻也不過6MHz。當年使用此CPU的廠商非常多,包括了AMD,TOSHIBA,FUJI,SIEMENS等等。我的這位朋友收了一大批的8085,當然不少是連號的,INTEL這批
CPU是8085的一個分枝,區別在於其主頻的工作頻率,如同現在的賽揚D 325,330一樣。此CPU是8085系列中擁有最高主頻的一顆。
8086:
1978年,Intel公司再次領導潮流,首次生產出16位的微處理器,並命名為i8086,毫無疑問,8086是在我們曾經的計算機課本中出現頻率最高的一個型號。它的產品線也分了3個部分,分別是8086,8086-8,8086-10。后綴分別代表了CPU的主頻。8086是整個產品線中最低主頻的一顆,僅僅是4.77MHz。它與上一代產品最大的區別就在於它是一顆16bit的處理器。同時還生產出與之相配合的數學協處理器i8087,這兩種芯片使用相互兼容的指令集,但在i8087指令集中增加了一些專門用於對數、指數和三角函數等的數學計算指令這兩種芯片使用相同的指令集,可以互相配合提升科學運算的效率。之后,在8086的基礎上,公司發展了8088,以技術的觀點來看,8088其實是8086的一個簡版,其內部指令是16位的,但是外部是8位數據總線;相對於8086內部數據總線(CPU內部傳輸數據的總線)、外部數據總線(CPU外部傳輸數據的總線)均為16位,地址總線為20位,可尋址1MB內存的規格來說,是稍差了一點,但是已經足以勝任DOS系統和當時的應用程序了。
80286,intel最后一塊16位cpu
1982年。這一年,Intel推出了划時代的最新產品80286芯片,該芯片比8086和8088都有了飛躍的發展,雖然它仍舊是16位結構,但是在CPU的內部含有13.4萬個晶體管,時鍾頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其內部和外部數據總線皆為16位,地址總線24位,。與8086相比,80286尋址能力達到了 16MB,可以使用外存儲設備模擬大量存儲空間,從而大大擴展了80286的工作范圍,還能通過多任務硬件機構使處理器在各種任務間來回快速切換,以同時運行多個任務,其速度比 8086提高了5倍甚至更多。。從80286開始,CPU的工作方式也演變出兩種來:實模式和保護模式。
80386,intel第一代32位cpu
1985年Intel推出了80386芯片,它是80x86系列中的第一種32位微處理器,而且制造工藝也有了很大的進步。與80286相比,80386內部內含27.5萬個晶體管,時鍾頻率為12.5MHz,后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz。80386的內部和外部數據總線都是32位,地址總線也是32位,可尋址高達4GB內存。同時也是第一種具有“多任務 ”功能的處理器——這對微軟的操作系統發展有着重要的影響,所謂“多任務”就是說處理器可以在同時處理幾個程序的指令。
80486,intel最后一代以數字編號的cpu
1989年,我們大家耳熟能詳的80486芯片由Intel推出,這種芯片的偉大之處就在於它實破了100萬個晶體管的界限,集成了120萬個晶體管。80486的時鍾頻率從25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是將80386和數學協處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內,並且在80x86系列中首次采用了RISC(精簡指令集)技術,可以在一個時鍾周期內執行一條指令。它還采用了突發總線方式,大大提高了與內存的數據交換速度。
80x86系列至此已經畫上了一個句號,但是其划時代的意義卻被歷史所銘記,可能也正是因為這個系列的出現,所以才有了32bit機都叫做x86機器了。
·P5架構帶來了第一款與數字無關的處理器 :
pentium pro
稍后Intel推出了Pentimu Pro(中文名稱“高能奔騰”),盡管性能不錯,但遠沒有達到拋離對手的程度。加上價格十分昂貴,因此Pentimu Pro實際上出售的數目非常至少,市場生命也非常的短。Pentimu Pro可以說是Intel第一個失敗的產品,但Pentium Pro的設計思想和總體架構卻對Intel此后的處理器設計造成了深遠的影響。
Pentium Pro處理器采用了一種新的總線接口Socket 8。新的處理器對多媒體功能提供了很好的支持。Pentium Pro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種,都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。它是基於Pentium 完全相同的指令集和兼容性,達到了440 MIPs 的處理能力和5.5 M個晶體管。這幾乎相當於比4004處理器的晶體管提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro采用了“PPGA” 封裝技術。即一個256KB的二級緩存芯片與Pentium Pro芯片封裝在一起 ,兩個芯片之間用高頻寬的內部總線互連,處理器與高速緩存的連接線路也被安置在該封裝中,這樣就使高速緩存能更容易地運行在更高的頻率上。例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是運行在200MHz,也就是工作在與處理器相同的頻率上,這在當時可以算得上是;P6架構與支持多媒體技術的PentiumMMX:;英特奔騰MMX的推出,是Intel的輝煌時代的到;吸取了奔騰Pro的教訓,Intel在1996年底;!等指令集也是從MMX;發展演變過來的;奔騰Ⅱ處理器融合了IntelMMX技術——Int;(1)單指令、多數據(SIMD)技術;今天的媒體和通信應用程序中經常使工作在與處理器相同的頻率上,這在當時可以算得上是CPU技術的一個創新。Pentium Pro的推出,為以后Intel推出PⅡ奠定了基礎。
P6架構與支持多媒體技術的Pentium MMX :
英特奔騰MMX的推出,是Intel的輝煌時代的到來,所以對奔騰系列將做比較詳細的介紹:
吸取了奔騰Pro的教訓,Intel在1996年底推出了奔騰系列的改進版本,廠家代號P55C,也就是我們平常所說的奔騰MMX(中文名稱“多能奔騰”)。這款處理器並沒有集成當時賣力不討好的二級緩存,而是獨辟蹊徑,采用MMX指令集來增強性能。MMX技術是INTEL最新發明的一項多媒體增強指令集技術,它的英文全稱可以翻譯“多媒體擴展指令集”。MMX是Intel公司在1996年為 增強奔騰 CPU在音像、圖形和通信應用方面而采取的新技術,為CPU增加了57條MMX指令,除了指令集中增加MMX指令外,還將CPU芯片內的L1緩存由原來的 16KB增加到32KB(16K指命+16K數據),因此MMX CPU比普通CPU在運行含有MMX指令的程序時,處理多媒體的能力上提高了60%左右。MMX技術不但是一個創新,而且還開創了CPU開發的新紀元,后 來的SSE,3D NOW!等指令集也是從MMX發展演變過來的。
奔騰Ⅱ處理器融合了Intel MMX技術——Intel近10年來,在架構方面最顯著的提高。MMX技術提升了視頻的加壓和解壓、圖像處理、編碼及I/O處理,所有的這一切在今天的辦公套件、商用多媒體、通信和Internet中被廣泛地應用。
除了現有的支持嵌入設計的高端處理器模塊和芯片組以外,Intel公司還將繼續支持嵌入式Intel架構產品線,包括Intel嵌入式處理器模塊、Intel奔騰處理器(含有MMX技術)及PCI芯片組,Intel 486處理器、Intel 386處理器和Intel 186處理器。為滿足嵌入式應用市場的需求,Intel還將提供應用軟件開發支持、參考設計、第三方開發工具和服務零售商的聯絡信息、BIOS以及操作系統。
P6架構一直沿用到Pentium III :
1999年英特爾發布了Pentium III處理器。從Pentium III開始,英特爾又引入了70條新指令(SIMD,SSE),主要用於因特網流媒體擴展(提升網絡演示多媒體流、圖像的性能)、3D、流式音頻、視頻和語音識別功能的提升。Pentium III可以使用戶有機會在網絡上享受到高質量的影片,並以3D的形式參觀在線博物館、商店等,Pentium III處理器集成了950萬個晶體管,並且是首個使用0.26微米技術的微處理器。Pentium III處理器也發生過錯誤的事故,可能使用戶儲存的數據出錯,但是英特爾處理這類問題的措施已經爐火純青,所以只是幫助部分受影響的客戶更換主板或者更新微碼就解決了該問題。但是另外一個更嚴重的事情是:英特爾在Pentium III開始引入了硬件序列號功能,每一片Pentium III處理器都有獨特的硬件序列號,這樣就有可能區分出具體的某台電腦特征。不過很遺憾的是,世界上大多數人都對這個新特性非常不滿;尤其是隱私保護團體不斷游說,要求取消這個功能。這樣,英特爾公司也作出了妥協,允許在硬件設置中關閉該功能,最終在處理器內部取消了這個功能收場。同樣,Pentium III也有對應型號的Celeron處理器,來應對低端市場。。
Intel的巔峰王朝應該是奔4時代。所以對王朝時代的處理器及其一些技術將做以詳細介紹:
2000年英特爾發布了Pentium 4處理器,自此Intel來到了一個一統江湖的時代。基於Pentium 4處理器的個人電腦,可以讓用戶創建專業品質的影片,透過因特網傳遞電視品質的影像,並進行實時語音、影像通訊,實時3D渲染,快速進行MP3編碼解碼運算,在連接因特網時運行多個多媒體軟件。
NetBurst架構的Pentium 4
NetBurst是沿用時間最長的一代構架,以下是NetBurst結構帶來的好處:
1.較快的系統總線(Faster System Bus);
2.高級傳輸緩存(Advanced Transfer Cache);
3.高級動態執行(Advanced Dynamic Execution) (包含執行追蹤緩存Execution Trace Cache、高級分支預測Enhanced Branch Prediction)
4.超長管道處理技術(Hyper Pipelined Technology);
5.快速執行引擎(Rapid Execution Engine);
6.高級浮點以及多媒體指令集(SSE2)等等。
第一代64bit處理器
2001年:英特爾安騰(Itanium)處理器 英特爾安騰處理器是英特爾推出的64位處理器家族中的首款產品。該處理器是在基於英特爾簡明並行指令計算(EPIC)設計技術的全新架構之基礎上開發制造的,設計用於高端、企業級服務器和工作站。該處理器能夠為要求最苛刻的企業和高性能計算應用(包括電子商務安全交易、大型數據庫、計算機輔助的機械工程以及精密的科學和工程計算)提供全球最出色的性能。
2002年:英特爾安騰2處理器(Itanium2) Intel Pentium 4 /Hyper Threading處理器
英特爾安騰2處理器是安騰處理器家族的第二位成員,同樣是一款企業用處理器。該處理器家族為數據密集程度最高、業務最關鍵和技術要求最高的計算應用提供英特爾 架構的出色性能及規模經濟等優勢。該處理器能為數據庫、計算機輔助工程、網上交易安全等提供領先的性能。
2003年:英特爾 奔騰 M(Pentium M) /賽揚 M (Celeron M)處理器
英特爾奔騰M處理器,英特爾855芯片組家族以及英特爾PRO/無線2100網卡是英特爾迅馳? 移動計算技術的三大組成部分。英特爾迅馳移動計算技術專門設計用於便攜式計算,具有內建的無線局域網能力和突破性的創新移動性能。該處理器支持更耐久的電池使用時間,以及更輕更薄的筆記本電腦造形。
2005年:Intel Pentium D 處理器
首顆內含2個處理核心的Intel Pentium D處理器登場,正式揭開x86處理器多核心時代。(綽號膠水雙核,被別人這樣叫是有原因的,PD由於高頻低能噪音大,所以才有這個稱號)
2005年:Intel Core處理器
這是英特爾向酷睿架構邁進的第一步。但是,酷睿處理器並沒有采用酷睿架構,而是介於NetBurst和Core之間(第一個基於Core架構的處理器是酷睿2)。最初酷睿處理器是面向移動平台的,它是英特爾迅馳3的一個模塊,但是后來蘋果轉向英特爾平台后推出的台式機就是采用的酷睿處理器。酷睿使雙核技術在移動平台上第一次得到實現。與后來的酷睿2類似,酷睿仍然有數個版本:Duo雙核版,Solo單核版。其中還有數個低電壓版型號以滿足對節電要求苛刻的用戶的要求。
2006年:(酷睿2,俗稱“”)/ 賽揚 Duo 處理器
Core微架構桌面/移動處理器:桌面處理器核心代號Conroe。將命名為Core 2 Duo/Extreme家族,其E6700 2.6GHz型號比先前推出之最強的Intel Pentium D 960(3.6GHz)處理器,在效能方面提升了40%,省電效率亦增加40%,Core 2 Duo處理器內含2.91億個晶體管。移動處理器核心代號Merom。是迅馳3.5和迅馳4的處理器模塊。當然這兩種酷睿2有區別,最主要的就是將FSB由667MHz/533MHz提升到了800MHz。
2007年:Intel 四核心服務器用處理器
英特爾已經推出了若干四核台式機芯片,作為其雙核Quad和Extreme家族的組成部分。在服務器領域,英特爾將在其低電壓3500和7300系列中交付使用不少於具有9個四核處理器的Xeons。
2007年:Intel QX9770四核至強45nm處理器
先進制程帶來的節能冷靜,HI-K的引進使CPU更加穩定。先進的SSE4.1指令集、快速除法器,卓越的執行效率,INTEL在處理器方面不斷領先
2008年:Intel Atom凌動處理器
低至0.6W的超低功耗處理器,帶給大家的是難以想象的節能與冷靜
2008年11月17日:Intel發布core i7處理器
2009-2010分別推出之后i5,i3系列,至此Intel家族core系列發布完畢。
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