走进IT博物馆，了解CPU的发展历程

走进IT博物馆，了解CPU的发展历程

1971年，美国Intel公司推出了世界上第一块4位微处理器4004。如图2-1所示：

4004含有2300个晶体管，时钟频率为1MHz，主要用于计算器上。它的功能不全、实用价值不大，但却为微型计算机的发展开辟了一条崭新的道路。1978年6月，Intel公司推出了16位微处理器Intel 8086，如图2-2所示。

1979年6月，Intel公司推出了Intel 8088，内含29000个晶体管，主频为4.77MHz，它的内部数据总线为16位，外部数据总线为8位，属于准16位微处理器，地址总线为20位，寻址范围为1MB内存。1981年，IBM公司用Intel 8088芯片首先推出准16位IBM-PC 5150个人计算机，如下图2-3，从此开创了全新的微机时代。

1982年，Intel公司推出全16位微处理器芯片Intel 80286(如图2-4所示)，内含13.4万个晶体管。80286芯片内部和外部数据总线均为16位，地址总线为24位，可寻址16MB内存，时钟频率6~20MHz。1984年，IBM公司以Intel80286芯片为CPU，推出IBM-PC/AT 机。如图2-5所示。

1985年10月，Intel公司又推出32位微处理器芯片Intel 80386(如图2-6所示)，内含27.5万个晶体管。80386内部和外部数据总线均为32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存，时钟频率为12.5~33MHz。

1989年4月，Intel公司继续推出Intel 80486(图2-7)，内含120万个晶体管。32位微处理器，时钟频率25~50MHz，带有8KB的L1 Cache及浮点运算单元。

1993年，Intel公司推出Intel Pentium(如图2-8所示)，采用0.8um制造工艺，早期Pentium工作在与系统总线相同的66MHz和60MHz频率下，没有倍频设置。一年后，使用0.6um半导体制造工艺，供电电压均为3.3V，总线频率60/66MHz，时钟频率达到75~200MHz，带有一个16KB的一级缓存，8KB用于数据，8KB用于指令。使用倍频技术，即外频×倍频=CPU主频。

　
1994年，Intel公司推出Intel Pentium Pro(如图2-9所示)，含550万个晶体管，时钟频率133MHz。首次将二级缓存整合到CPU 上，工作频率与CPU时钟频率相同，一级缓存为16KB，8KB用于数据，8KB用于指令；二级缓存为256KB，系统总线为60/66MHz，0.35um制造工艺，它支持所有以前的Pentium指令，主要用于工作站系统。

1997年1月8日，Intel公司推出Intel Pentium MMX(如图2-10所示)，含450万个晶体管，它支持MMX多媒体新指令集，在x86指令集中加入了57条新指令，用于高效的处理图形、视频、音频数据，内部Cache为32KB，0.35um制造工艺，采用双电压设计，内核电压为2.8V，系统I/O电压仍为3.3V，这要求主机板增加一个电压调整器，时钟频率为166~233MHz，总线频率为66MHz。

1997年4月2日，AMD抢在Intel发布Pentium II处理器之前推出AMD K6处理器(如图2-11所示)，由于其性能与Pentium II不相上下，而价格却比后者低了不少，因而获得了极大成功。

同年5月7日，Intel公司推出Intel Pentium Ⅱ(图2-12所示)，处理器内部含750万个晶体管，带有MMX 指令，核心电压为2.0 V，0.25um制造工艺，采用Slot 1架构，工作在66/100MHz外频，主频为233~450MHz。与此同时，市场上也出现了支持Slot 1架构CPU的主板(图2-13)。

1998年2月，Intel公司推出Celeron(图2-14)，0.25um制造工艺，Slot 1架构，没有片内L2缓存，所以它的超频能力很强，但整数运算能力很差。66MHz外频，核心工作电压为2.0 V。

1999年2月22日，AMD发布K6-III 400 MHz CPU(如图2-15所示)，其内部集成2300万个晶体管，采用Socket 7结构。

1999年2月26日，Intel公司推出了Pentium III处理器芯片(图2-16)，其内部集成800万个晶体管，0.18um制造工艺，采用Slot 1架构，32KB一级缓存和256KB二级高速缓存，100/133MHz外频，支持MMX、SSE(因特网数据流单指令扩展，有71条指令)指令集，处理器内核工作电压为1.6 V。

Intel公司后来又推出了Socket 370接口的Pentium III处理器(如图2-17所示)。

1999年6月23日，AMD推出AMD Athlon(K7，如图2.18所示)处理器。其超标量浮点单元及200MHz系统总线使其性能达到了以前x86 处理器从未达到的水平。

2000年6月，Intel公司又推出了Pentium 4处理器芯片(如图2-19所示)，Netburst结构的Pentium 4起始频率为1.4 GHz。

2001年8月20日，AMD公司推出Athlon 4及Duron芯片系列的新产品。2001年8月28日，Intel公司正式发布了代号为Willamette的P4 CPU，最高频率为2.0GHz，采用0.18um制造工艺。2001年10月8日，AMD公司宣布推出Athlon XP系列处理器(如图2-20)，它采用专业3D Now!指令集，在封装上采用OPGA(有机管脚阵列)，在性能和性价比方面都超过同频率的Intel处理器。

2002年1月7日，Intel 公司正式发布了代号Northwood的P4 CPU，起始频率2.0GHz，采用0.13um制造工艺，标志着CPU进入0.13um制造工艺时代。该CPU主频为2.0GHz~3.2GHz 。2002年3月，AMD公司正式推出其基于Thoroughbred核心的Athlon XP 2800+处理器，采用0.13um制造工艺。不久又发布了Barton核心的AthlonXP处理器。2003年9月，AMD公司发布了Athlon 64位处理器(如图2-21所示)。AMD Athlon 64 FX处理器既可以确保32位应用程序能够发挥卓越的性能，也可以支持未来一代的64位软件，是可以同时支持32位及64位计算的个人计算机处理器。

直到2005年5月26日，Intel发布了第一款双内核服务器处理器，即Pentium D(如图2-22和图2-23所示)，它主要是面向数字化家庭娱乐和数字化办公的个人应用双内核处理器。Pentium D的诞生正式开启了x86处理器多核心时代。

2006年Intel公司接着发布了Core(酷睿)2 Duo处理器(如图2-24所示)，其中的一款型号为E6700 2.6GHz的处理器比先前推出的最强Pentium D 960处理器在性能方面提升了40%，省电效率也增加40%，Core 2 Duo处理器内含2.91亿个晶体管。

AMD公司于2007年下半年推出K10架构，如图2-25所示，它采用K10架构的Barcelona为四核并拥有4.63亿晶体管。Barcelona是AMD第一款四核处理器，原生架构基于65nm工艺技术。和Intel四核不同的是，Barcelona并不是将两个双核封装在一起，而是真正的单芯片四核心。

2008~2009年，Intel发布Core第一代i7、i5、i3处理器，基于全新Nehalem架构的新一代桌面处理器将沿用“Core”(酷睿)名称，命名为“Intel Core i7”系列，以Intel Nehalem微架构为基础的64位四核心CPU，沿用x86-64指令集。内置三通道DDR3内存控制器，每颗核心独享256 KB L2 Cache，4~8MB共享三级缓存，晶体管数量为7.74亿。Intel Core i7-980X处理器如图2-26所示。

Core i5处理器与Core i7处理器支持三通道存储器不同，Core i5只集成双通道DDR3存储器控制器。接口也与Core i7的LGA 1366不同，Core i5采用全新的LGA 1156接口。Intel Core i5-750处理器如图2-27所示。

采用45nm制程的Core i5会有4个核心，不支持超线程技术，总共仅提供4个线程。L2缓冲存储器方面，每一个核心拥有各自独立的256KB，并且共享一个达8MB的L3 缓冲存储器。酷睿i3作为酷睿i5的进一步精简版，是面向主流用户的一般应用。Intel Core i3-530处理器如图2-28所示。

2011年1月，AMD公司正式发布世界上首款加速处理器(APU)。这是唯一一款面向嵌入式系统推出的APU。基于AMD Fusion技术，AMD嵌入式G系列APU在一颗芯片上融合了基于“Bobcat”核心的全新低功耗x86 CPU 和支持DirectX 11的GPU处理引擎，带来完整的、全功能的嵌入式平台。

2011年Intel公司发布Core第二代i7、i5、i3处理器(其代表产品如图2-30、图2-31和图2-32所示)，它们采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺，理论上实现了CPU功耗的进一步降低，及其电路尺寸和性能的显著优化，这就为将整合图形核心(核芯显卡)与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件。

第二代i7、i5、i3处理器还加入了全新的高清视频处理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的，由于高清视频处理单元的加入，新一代酷睿处理器的视频处理性能比老款处理器至少提升了30%。2011年10月，AMD公司发布FX 系列CPU(如图2-33所示)，AMD公司推出的这款台式机处理器是世界上首款八核台式机处理器。

2012年Intel公司发布Core第三代i7、i5、i3处理器(其代表产品如图2-34、图2-35和图2-36所示)，在2012年4月24日下午北京天文馆，Intel公司正式发布了ivy bridge（IVB）架构处理器。22nm Ivy Bridge将执行单元的数量翻一番，达到最多24个，自然会带来性能上的进一步跃进。Ivy Bridge加入对DX11的支持的集成显卡。另外新加入的XHCI USB 3.0控制器则共享其中4条通道，从而提供最多4个USB 3.0，从而支持原生USB 3.0。CPU的制作采用3D晶体管技术的CPU耗电量会减少一半。

为了延续其第三代产品，迎合中、高端市场需求，现在Intel公司又推出了其第四代i7、i5、i3 处理器。如图2-37为Core i5的第四代代表产品Core i5-4440。