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林海谐缘

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硬件工程师培训教程(三)

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发表于 2007-6-20 00:21:43 | 显示全部楼层 |阅读模式


第一节 CPU 的历史

CPU 从最初发展至今已经有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Intel、AMD和VIA(威盛)三家为主,我们将以他们的产品为介绍重点。

一、Intel 阵营

Intel(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Intel就一定不会陌生。Intel是全世界硬件行业的老大,是世界上最大的芯片生产商和制造商。提到Intel公司就不能不谈谈Intel CPU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,Intel的CPU芯片主要经历了以下几个发展阶段:

1 .Intel4004

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 .Intel 8080/8085

在4004之后,Intel公司又研制出了8080 处理器和8085处理器,加上当时美国Motorola公司的MC6800 微处理器和Zilog 公司的Z80 微处理器,一起组成了8位微处理器家族。

3 .Intel8086/8088

16微处理器的典型产品是Intel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8087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8086和8087,因此被人们统称为x86指令集。此后Intel推出新一代CPU 产品均兼容原来的x 86 指令集。

1979年Intel公司推出了8086的简化版——8088芯片,它仍是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,8088芯片被首次用于IBMPC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8088则可以说是家喻户晓了,PC(个人电脑)机的第一代CPU 便是从它开始的。

4 .Intel 80286

1982 年的Intel 80286 虽然是16位芯片,但是其内部已包含了13.4 万个晶体管,时钟频率也到了前所未有的20MHz 。其内、外部数据总线均为16位,地址总线为24 位,可以使用16MB 内存,工作方式包括实模式和保护模式两种。

5 .Intel 80386 DX/80386 SX

32 位微处理器的代表产品首推Intel公司1985 年推出的80386,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27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后逐步提高到33MHz。80386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4GB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。

1989 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

1989 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54C

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 的这一做法最终赢得了用

户的信任,P e n t i um 再度成为市场上最畅销的产品。


 楼主| 发表于 2007-6-20 00:22:05 | 显示全部楼层
8 .I n t e l P e n t i u m P r o(高能奔腾)

代号6

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55C

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。
发表于 2007-6-20 03:41:54 | 显示全部楼层
这个喜欢,,,呵,,先看到这,,明天继续。。
发表于 2007-6-21 12:42:15 | 显示全部楼层
继续温习一下。 [s:28]
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