微型计算机和微处理器的发展

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微型计算机和微处理器的发展,计算机发展概况,电子管晶体管集成电路,VLSI,第一代,电子管计算机,1946,年，第一台计算机在美国诞生,第二代,晶体管计算机,第三代,集成电路计算机,微处理器的诞生与发展,第四代,超大规模集成电路计算机,Intel,公司,Intel,公司成立于,1968,年。,创始人,:,格鲁夫,（左）,诺依斯,（中）,摩尔,（右）,是微电子业界的梦幻组合,摩尔定律,摩尔预言，晶体管的密度每过,18,个月,就会翻一番，这就是著名的摩尔定律。,第一代微处理器（,4,位机和低档,8,位机）,Intel 4004,1971,年,1,月，,Intel,公司研制成功世界上第一片微处理器芯片,Intel 4004,，微处理器和微机时代从此开始。,4004,是个,四位,系统，只有,2300,个晶体管，时钟频率在,108K,Hz,，每秒执行,6,万条指令（,0.06,MIPs,),。,Intel 8008,1972,年,4,月，开发出第一个,8,位微处理器,Intel 8008,第二代微处理器（中、高档,8,位机）,Intel 8080,1973,年,8,月，研制出,8,位,微处理器,Intel 8080,，以,N,沟道,MOS,电路取代了,P,沟道，使用了基于,6,微米,技术的,6000,个晶体管。,主频,2MHz,的,8080,芯片运算速度比,8008,快,10,倍，可存取,64KB,存储器，处理速度为,0.64MIPS,。,第二代微处理器（中、高档,8,位机）,1976,年,Intel,发布,8085,处理器,当时，,Zilog,、,Motorola,和,Intel,在微处理器领域三足鼎立。,Zilog,公司于,1976,年开发出,Z80,微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。,Motorola,开发出,MC6800,微处理器。,Apple,计算机,1976,年，,Apple,计算机公司开发出微型计算机,Apple I,，,Apple II,。,Apple II,是第一个带有,彩色图形,的个人计算机，是,IBM PC,机问世之前世界上最流行的微型计算机。,Apple II,及其系列改进机型风靡一时，这使,Apple,成为微型机时代最成功的计算机公司之一。,第三代微处理器（,16,位机）,Intel 8086,和,8088,1978,年，,Intel,推出,4.77M,Hz,的,8086,微处理器，集成了,29000,个,3,微米,技术的晶体管，采用,16,位寄存器和,16,位,数据总线，,20,位,地址总线。,1,年之后,Intel,推出,4.77MHz,的准,16,位微处理器,8088,，,它是,8086,的廉价版本,。内部以,16,位运行，但支持,8,位数据总线,。,IBM,公司,1981,年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。,1979,年，,Motorola,推出,M68000,16,位微处理器，它因采用了,68000,个晶体管而得名。,IBM PC,1981,年,8,月，,IBM,公司在纽约宣布,第一台,IBM PC,诞生,，这也标志着,x86,架构和,IBM PC,兼容电脑的产生。,第一台,IBM PC,采用了主频为,4.77MHz,的,Intel 8088,，操作系统是,Microsoft,提供的,MS-DOS,。,IBM,将其命名为“个人电脑（,Personal Computer,）”，其缩写“,PC,”,成为所有个人电脑的代名词。,第三代微处理器（,16,位机）,1982,年，,Intel,推出,80286,处理器，集成了大约,13.4,万,个晶体管,最大主频为,20M,Hz,采用,16,位,数据总线和,24,位,地址总线。,两种工作模式,：实模式,保护模式。,第四代微处理器（,32,位机）,1985,年，,Intel,推出,80386,微处理器,(,最高,33M,Hz,主频,),，集成,275,000,个晶体管。,具有,32,位数据线、,32,位地址线,（可以直接访问,4G,字节的内存）。,工作模式：,实模式、保护模式、虚拟,86,模式,（可以同时模拟多个,8086,处理器来加强多任务处理能力）。,具有比,80286,更多的指令集。,第四代微处理器（,32,位机）,1989,年,4,月，,Intel,推出,80486,微处理器。集成了,120,万,个 晶体管,使用,1,微米,的制造工艺。,486,其实就是,80386+80387,协处理器,+8KB,一级缓存,是超级版本的,386,。,第五代微处理器（,64,位机）,1993,年，英特尔公司的,Pentium(,奔腾,),问世，采用,0.6,微米工艺，集成,310,万只晶体管。,64,位,数据线、,32,位,地址线，,16KB,的,cache,，采用,超标量,结构。,时钟频率从最初的,60MHz,、,66MHz,，一直上升到,133M,Hz,，处理速度,比,486,快,68,倍,。,第五代微处理器（,64,位机）,1995,年，,Intel,推出了,Pentium Pro,处理器，集成了,5.5 M,个晶体管。,Pentium Pro,的工作频率有,150/166/180,和,200M,Hz,四种，都具有,16KB,的一级缓存和,256KB,的,二级缓存。,Pentium Pro,采用了“,PPGA,”,封装技术。即一个,256KB,的二级缓存芯片与,Pentium Pro,芯片封装在一起，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。,第五代微处理器（,64,位机）,1997,年，,Intel,推出,Pentium MMX,。,Pentium MMX,增加了,片内,16KB,数据缓存,、,16KB,指令缓存,和,4,路写缓存，特别新增加了,57,条,MMX,多媒体指令（,专门用来处理音频、视频等数据,）,。比普通,CPU,处理多媒体的能力提高了,60,左右。,其工作频率有,166MHz,、,200MHz,、,233M,Hz,三种。,第五代微处理器（,64,位机）,1997,年,4,月,英特尔发布了,Pentium II,处理器。内部集成了,750,万,个晶体管，并整合了,MMX,指令集技术。,Pentium II,架构已经从,Socket 7,转成,Slot 1,，并首次引入了,S.E.C,封装,(Single Edge Contact),技术，将高速缓存与处理器整合在一块,PCB,板上。,Slot 1,的,Pentium II,晶体管数为,900,万。其工作频率可达,333MHz,。,第五代微处理器（,64,位机）,1999,年,1,月，,Intel,推出,奔腾,III,处理器，它采用,0.25,微米,制造工艺，拥有,32K,一级缓存和,512K,二级缓存，包含,MMX,指令和,Intel,自己的“,3D”,指令,SSE,。此外其身份代码还可通过,Internet,读取。,1999,年,10,月，,Intel,推出了基于,0.18,微米,工艺制造的,Pentium III,处理器，,工作频率高达,733MHz,。,第五代微处理器（,64,位机）,2000,年,11,月，,Intel,发布了,Pentium4,。,Pentium4,采用,0.18,微米铝导线,工艺。主频可达,1.7GHz,和,1.8G,Hz,Pentium 4,抛弃了,Intel,沿用了多年的,P6,结构，采用了新的,NetBurst,CPU,结构。其优点：,20,段的超级流水线、高效的乱序执行功能、,2,倍速的,ALU,、新型的片上缓存、,SSE2,指令扩展集和,400MHz,的前端总线等。,Intel,很快又开发出,0.13,微米,工艺的,Pentium4,芯片，其主频有了很大飞跃，,31,级流水线,设计，配备,16KB,的一级数据缓存和多达,1MB,的二级缓存,。,2004,年,Intel,推出,90nm,工艺的,Pentium 4E,处理器，集成了,1,亿,个晶体管。,支持,超线程,技术，,800MHz,前端总线和,1MB,二级缓存。,但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗。,2005,年，,Intel,迅速推出了,65nm,工艺,的,Pentium Extreme Edition 955,双核处理器,。,无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包括,独立的双,L2 Cache,设计。,在,漏电方面,也有非常显著的,改进,。,多核处理器,多核处理器,2007,年，,Intel,推出,45nm,多核,处理器，包括双核、四核共,7,款芯片。,双核,版建,4.1,亿,个晶体管，,四核,版则有,8.2,亿,个晶体管。,微架构,经强化后，在相同频率下较上代,Core,产品拥有更高性能，同时,L 2 Cache,容量亦,提升,50%,，明显提高数据读取执行的命中率。此外，亦加入,47,条,全新,Intel,SSE4,指令,，提高多媒体性能和实现高性能运算应用。,2010,年,1,月,8,日，英特尔在北京举行了题为“,以智变 应万变,”的全新,32nm,双核,4,线程,酷睿处理器（,酷睿,i7/i5/i3,）发布会。,酷睿,i7/i5,处理器拥有独特的,英特尔睿频加速技术，,能够根据工作负载动态、智能地调节频率和性能，在工作量较大时能实现按需提升频率自动加速,（原始主频,2.66GHz,可加速到,3.33GHz,）,。,酷睿,i7/i5/i3,处理器使用,英特尔超线程技术,，让每个内核同时运行双重任务，实现高效、智能的多任务处理。,2010,年,2,月，,Intel,推出,32nm,工艺的六核处理器 酷睿,i7-780,，开发代号为,Gulftown,。主频,3.6GHz,，搭配,12MB,三级缓存,，每个核心可以运行两个线程，即最多可以同时,运行,12,个线程,。此外，还,支持,DDR3,内存。,总 结,微处理器的发展史虽然不过,30,余年,，但在这,30,余年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化。从,Intel,的,4004,开始，到,Intel,、,AMD,、,Cyrix,三足鼎立，到,Intel,一家独大，再到现在,Intel,、,AMD,分庭抗衡。,CPU,将向速度更快、,64,位结构、多核方向前进。,CPU,的制作工艺更加精细，,90,纳米、,65,纳米、,45,纳米、,32,纳米,。,