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CPU大全
CPU大全
CPU是CentralProcessingUnit(中央处理器)的缩写,它是计算机中最重要的一个部分,由运算器和控制器组成。
如果把计算机比作人,那么CPU就是人的心脏,其重要作用由此可见一斑。
CPU的发展非常迅速,就像一列不断加速的列车一样。
个人电脑从8088(XT)发展到现在的PentiumⅢ时代,只经过了不到20年的时间。
从生产技术来说,最初的8088集成了29000个晶体管,而PentiumⅢ的集成度超过了2810万个晶体管;CPU的运行速度,以MIPS(百万个指令每秒)为单位,8088是0.75MIPS,到高能奔腾时已超过了1000MIPS。
不管什么样的CPU,其内部结构归纳起来都可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分,这三个部分相互协调,对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。
CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了,这期间,按照其处理信息的字长,CPU可以分为:
4位处理器、8位处理器、16位处理器、32位处理器以及正在酝酿构建的64位处理器,可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的,甚至可以说英特尔的发展史就是CPU的发展史。
那么CPU的发展历程是怎样的呢?
下面就让各位随我一起去看看吧!
Intel4004
1971年,英特尔公司推出了世界上第一款处理器4004,这便是第一个用于计算机的4位处理器,它包含2300个晶体管,随后英特尔也推出了8008,由于运算性能很差,其市场反应十分不理想。
1974年,8008发展成8080,成为第二代处理器。
8080作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中,如果没有处理器,这些应用就无法实现。
Intel8086
由于处理器可用来完成较老和较大设备的计算任务,价格又便宜,于是各半导体公司竞相生产处理器芯片。
Zilog公司生产了8080的增强型Z80,摩托罗拉公司生产了6800,英特尔公司于1976年又生产了增强型8085,但这些芯片基本没有改变8080的基本特点,都属于第二代处理器。
它们均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管,平均指令执行时间为1μS~2μS,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程,使用单用户操作系统。
1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位数据同时工作的处理器。
很快Zilog公司和摩托罗拉公司也宣布计划生产Z8000和68000。
这就是第三代处理器的起点。
8086处理器最高主频速度为8MHz,具有16位数据通道,内存寻址能力为1MB。
同时英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集,但在i8087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。
由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们对这些指令集统一称之为x86指令集。
虽然以后英特尔又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型CPU,但都仍然兼容原来的x86指令,而且英特尔在后续CPU的命名上沿用了原先的x86序列,直到后来因商标注册问题,才放弃了继续用阿拉伯数字命名。
1979年,英特尔公司又开发出了8088。
8086和8088在芯片内部均采用16位工作,所以都称为16位处理器,但8086每周期能传送或接收16位数据,而8088每周期只采用8位。
因为最初的大部分设备和芯片是8位的,而8088的外部8位数据传送、接收能与这些设备相兼容。
8088采用40针的DIP封装,工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz,处理器集成了大约29000个晶体管。
最初8086芯片的生产厂商包括英特尔、日本富士通等。
8086和8088问世后不久,英特尔公司就开始对他们进行改进,他们将许多功能集成在一块芯片上,这样就诞生了80186和80188。
这两款处理器内部均以16位工作,在外部输入输出上80186采用16位,而80188和8088一样均是采用8位工作。
从这个时候起,AMD公司已经开始生产80186CPU了。
1981年8088芯片首次用于IBMPC机中,开创了全新的微机时代。
也正是从8088开始,个人电脑(PC)的概念开始在全世界范围内发展起来。
8086芯片当时主要用于IBMPS/225型和30型的微机中,有些PC机的厂商为了增强机器的处理性能在其生产的计算机中也采用了8086芯片。
IBMPC/XT微机的主板采用的总线分为三层,第一层为CPU总线AD7~0,它联接CPU;第二层为系统总线D7~0;第三层有存贮总线MD7~0和扩充总线CD7~0,其中存贮器总线连接存贮器,扩充总线连接主板上所有输入输出设备和只读存贮器EPROM。
CPU焊接在主板上,不能像现在这样可以对CPU进行升级。
从8088应用到IBMPC机上开始,个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中,它也标志着一个新时代的开始。
Intel80286
1982年,英特尔公司在8086的基础上,研制出了80286处理器,该处理器的最大速度为20MHz,内、外部均采用16位工作,使用24位实现内存储器的寻址,内存寻址能力为16MB。
80286可工作于两种方式,一种叫实模式(相当于与MSDOS兼容,具有8086与8088芯片的限制),另一种叫保护方式(增加了微处理器的功能)。
在实模式下,微处理器可以访问的内存总量限制在1兆字节;而在保护方式之下,80286可直接访问16兆字节的内存。
此外,80286工作在保护方式之下,可以保护操作系统,使之不像实模式或8086等不受保护的处理器那样在遇到异常应用时会使系统遭到停机。
IBM公司将80286处理器用在先进技术微机即AT机中,引起了极大的轰动。
80286在以下四个方面比它的前辈有显著的改进:
1.支持更大的内存,达到了当时前所未有的16MB。
2.能够模拟内存空间。
这使得处理器可以使用外存储设备模拟的大量存储空间,它能利用外存模拟多达1兆字节的虚拟存储器,这样就大大扩展了80286所能胜任的工作范围。
3.能同时运行多个任务。
多任务是通过多任务硬件机构使处理器在各种任务间来回快速切换。
4.处理速度。
最早PC机的速度是4MHz,第一台基于80286的AT机运行速度为6MHz至8MHz,一些制造商还自行提高速度,使80286达到了20MHz,这确实意味着性能上有了重大的进步。
不幸的是,尽管80286有不少先进的特性,但几乎没有多少用户使用它。
这是因为大部分人都用DOS操作系统,而DOS系统是以8088体系为基础的,在大部分应用中,286微机只是以前微机的一种较快速度的改进版本。
80286的封装是一块被称为PGA的正方形包装。
PGA是源于PLCC的便宜封装,它有一块内部和外部固体插脚,在这个封装中,80286集成了大约130000个晶体管。
IBMPC/AT微机的总线保持了XT的三层总线结构,并增加了高低位字节总线驱动器转换逻辑和高位字节总线。
与XT机一样,CPU也是焊接在主板上的。
由于当时几乎没有DIY这个概念,因此那时的原装机仅指IBMPC机,而兼容机就是除了IBMPC以外的其它机器了。
在当时,生产CPU的公司除英特尔外,还有AMD及西门子公司等,而人们对自己电脑用的什么CPU也不关心,因为AMD等公司生产的CPU几乎同英特尔的一样,直到486时代人们才关心起自己的CPU来。
8086~80286这个时代是个人电脑起步的时代,当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少,它在人们心中是一个神秘的东西。
到九十年代初,国内才开始普及计算机,不过当时一台286进口微机的售价达到一万元至一万五千元,不要说进入家庭,就是在很多单位都不能见到。
这个时期,国内销量最大的进口微机是AST公司生产的286,它配置了一个CGA彩色显示器,一个20MB至40MB的硬盘,两个5.25英寸1.2MB的软驱;国产机以长城和浪潮最为出名,配置与AST286差不多。
Intel80386DX
1985年春天的时候,英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司。
但它的8088/8086和80286芯片还没有占到压倒性的优势--尽管这些芯片非常成功。
像Zilog公司和摩托罗拉公司,凭借着自己毫不逊色甚至稍高一筹的芯片产品,成为英特尔公司的强有力竞争者。
而蓝色巨人IBM正在秘密研究自己的CPU--286,AMD公司也开始涉足到CUP制造领域,他们将正在开发的第一块芯片称为386。
而这个时候,英特尔公司的主营业务还不是CPU,而是存储器,如要耗费大量资源来开发32位架构的CPU,就显得力不从心。
但英特尔还是决心全力开发32位核心的CPU--80386,而逐渐放弃存储器业务,因为英特尔高层看好CPU市场的发展前景。
Intel给80386设计了三个技术要点:
使用"类286"结构,开发80387协处理器增强浮点运算能力,开发配套高速缓存解决内存速度瓶颈。
1985年10月17日,英特尔的80386DX正式发布了,其内部包含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz,最后还有少量的40MHz产品。
80386DX的内部和外部数据总线是32位,地址总线也是32位,可以寻址到4GB内存,并可以管理64TB的虚拟存储空间。
它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外,还增加了一种"虚拟86"的工作方式,可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。
80386DX比80286更多的指令,频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令,比频率为16MHz的80286快2.2倍。
80386最经典的产品为80386DX-33MHz。
一般,我们说的80386是指80386DX。
由于32位处理器的强大运算能力,PC的应用扩展到很多的领域,如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。
80386使32位CPU成为了PC工业的标准。
同时,80386采用"类286"总线结构,这样就可以保持软硬件的兼容性,可以利用现有技术和配件,降低整机的开发和制造成本。
另外,80386有三种工作模式,适应的操作系统比较多,而且对现有的程序兼容性比较好。
多任务处理一贯是大中型机的专利,但80386将多任务性能引入,在80386中有个用任务寄存器,用任务寄存器来管理任务的内存段,从而实现任务的切换。
多任务使80386以一种广泛的适应性和一种重要的工具进入了各行各业。
虽然当时80386没有完善和强大的浮点运算单元,但配上80387协处理器,80386就可以顺利完成AutoCAD等需要大量浮点运算的任务,从而顺利进入了主流的商用电脑市场。
另外,30386还有其他丰富的外围配件支持,如82258(DMA控制器)、8259A(中断控制器)、8272(磁盘控制器)、82385(Cache控制器)、82062(硬盘控制器)等。
针对内存的速度瓶颈,英特尔为80386设计了高速缓存(Cache),采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈。
本来最初的设计,80386将内置L1Cache,但由于工艺、成本、工期等等方面的限制,80386最后并没有内置L1Cache,而是将专门开发的L1Cache芯片放置在CPU之外的主板上,但从此以后,Cache就和CPU成为了如影随形的东西。
另外,80386的内存管理非常先进,有页式、段式、段页式三种管理方式,可以管理巨大的内存空间,从而为应用程序提供足够的舞台。
Intel80387/80287
严格地说,80387并不是一块真正意义上的CPU,而是配合80386DX的协处理芯片,也就是说,80387只能协助80386完成浮点运算方面的功能,功能很单一。
而80386则是一块可以独立运行的CPU。
但用户可以选择80386是否搭配80387以增强系统的浮点运算性能。
80387随着80386DX一起发布,很多80386DX的主板上,有一个80387插槽,插上80387,系统可以自动检测80387协处理器,然后将浮点运算交给它。
由于英特尔使用80387协处理器为需要的用户增强80386的运算性能,而一般注重成本的用户则可不用昂贵的80387协处理器,而直接用80386来软件模拟硬件浮点运算。
另外,还有一种80287协处理器芯片,也支持80386,但使用的插座和80387不尽相同,二者不能混用。
Intel80386SX
1989年英特尔公司又推出准32位处理器芯片80386SX。
这是Intel为了扩大市场份额而推出的一种较便宜的普及型CPU,它的内部数据总线为32位,与80386相同,外部数据总线为16位。
也就是说,80386SX仍然可以使用32位、16位、8位编程,其内部处理速度与80386DX接近,也支持真正的多任务操作,而它又可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片,降低整机成本。
80386SX和80386DX的关系,就好像早期的8088和8086的关系,在输入输出的位长上的区别,其"S"就表示单(16位数据总线),"D"就表示双(32位数据总线)。
80386SX使用的协处理器是80387SX。
80386SX推出后,受到市场的广泛的欢迎,因为80386SX的性能大大优于80286,而价格只是80386的三分之一。
真正是推进了个人电脑的发展。
Intel80386SL/80386DL
英特尔在1990年还推出了专门用于笔记本电脑的80386SL和80386DL两种型号的386芯片。
这两个类型的芯片可以说是80386DX/SX的节能型,其中,80386DL是基于80386DX内核,而80386SL是基于80386SX内核的。
这两种类型的芯片,不但耗电少,而且具有电源管理功能,在CPU不工作的时候,自动切断电源供应。
Motorola68000
摩托罗拉的68000是最早推出的32位微处理器,当时是1984年,推出后,性能超群,并获得如日中天的苹果公司青睐,在自己的划时代个人电脑"PC-MAC"中采用该芯片。
但80386推出后,日渐没落。
AMDAm386SX/DX
AMD的Am386SX/DX是兼容80386DX的第三方芯片,性能上和英特尔的80386DX相差无己,也成为当时的主流产品之一。
IBM386SLC
这个是由IBM在研究80386的基础上设计的,和80386完全兼容,由英特尔生产制造。
386SLC基本上是一个在80386SX的基础上配上内置Cache,同时包含80486SX的指令集,性能也不错。
1989年,我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。
这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处就在于它实破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管,使用1微米的制造工艺。
80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。
80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。
80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍,内部缓存缩短了处理器与慢速DRAM的等待时间。
并且,在80x86系列中首次采用了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,80486的性能比带有80387数学协处理器的80386DX提高了4倍。
早期的486分为有协处理器的486DX和无协处理器的486SX两种,其价格也相差许多。
随着芯片技术的不断发展,CPU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CPU倍频技术,该技术使CPU内部工作频率为处理器外频的2~3倍,486DX2、486DX4的名字便是由此而来。
随后,我们还看到了很多486的型号,不过通常486CPU一般具有以下的特点:
1.486CPU是32位微处理器,最大寻址范围是4096MB。
2.486CPU可以在一个时钟周期内执行一条指令,而386执行一条指令至少需要两个时钟周期。
也就是说,在主频相同的条件下,486CPU比386CPU快一倍。
3.486CPU内部带有8KB的内置超高速缓冲存储器(即L1)。
由于内置超高速缓冲存储器的读写速度比外置的高速缓冲存储器快,这正是486比386快的原因之一。
4.486CPU支持VESA和PCI局部总线,而386仅支持8位或16位的ISA总线,而VESA和PCI局部总线的速度要快得多。
5.486SX不含浮点协处理器。
6.正四方形,每边3排,共168只插脚。
80486DX
常见的80486CPU有80486DX-33、80486DX-40、80486DX-50。
486CPU与386DX一样内外都是32位的,但是最慢的486CPU也比最快的386CPU要快,这是因为486SX/DX执行一条指令,只需要一个振荡周期,而386DXCPU却需要两个周期。
Intel80486SX
因为80486DXCPU具有内置的浮点协处理器,功能强大,当然价格也就比较昂贵。
在推出的时候不是一般用户可以负担的,为了适应普通的用户,尤其是不需要进行大量浮点运算的用户,英特尔公司推出了486SXCPU,这种CPU是将80386DX与8KBCache(高速缓存)组合在一个芯片里的,没有浮点协处理器。
80486SX主板上一般都有80487协处理器插座,如果需要浮点协处理器的功能,可以插上一个80487协处理器芯片,这样就等同于486DX了,也就是说,486SX实际上就是486DX,只是比486DX多了一个插脚,共有169只插脚。
在主板上插了80487以后,原来的486SX就停止起作用了,80487接管了整个CPU的工作。
常见的80486SXCPU有:
80486SX-25、80486SX-33。
Intel80486DX2/DX4
其实这种CPU的名字与频率是有关的,这种CPU的内部频率是主板频率的两倍,如80486DX2-66,CPU的频率是66MHz,而主板的频率只要是33MHz就可以了。
由此可知,如果主板使用的是80486DX-33的,只要更换一个80486DX2-66的CPU就可以达到升级的目的了,大大加快了电脑的运行速度。
常见的80486DX2CPU有:
80486DX2-50、80486DX2-66、80486DX2-80。
也就是说,80486DX4CPU的内部频率是主板频率的4倍,如80486DX4-100,其内部频率是100MHz,因为是4倍的关系,因而主板的频率只要是25MHz就可以了。
而80486DX2CPU有8KB的Cache,而80486DX4则有16KB的Cache。
常见的80486DX4CPU有80486DX4-75、80486DX4-100。
同期AMD与Cyrix都及时推出了相同主频的产品。
Intel80486SLCPU
80486SLCPU最初是为笔记本电脑和其他便携机设计的,与386SL一样,这种芯片使用3.3V而不是5V电源,而且也有内部切断电路,使处理器和其他一些可选择的部件在不工作时,处于休眠状态,这样就可以减少笔记本电脑和其他便携机的能耗,延长使用时间。
Intel486OverDrive
升级486SX可以在主板的协处理器插槽上安装一个80487SX芯片,使其等效于486DX,但是这样升级后,只是增加了浮点协处理器的能力,并没有提高系统的速度。
为了提高系统的速度,还有另外一种升级的方法,就是在协处理器插槽上插上一个486OverDriveCPU,它的原理与486DX2CPU一样,其内部操作速度可以是外部速度的两倍。
如一个20MHz的主板上安插了OverDriveCPU之后,CPU内部的操作速度可以达到40MHz。
486OverDriveCPU也有浮点协处理器的功能,常见的有:
486OverDrive-50、486OverDrive-66、486OverDrive-80。
TI486DX
作为全球知名的半导体厂商之一,美国德州仪器(TI)也在486时代异军突起,它自行生产了486DX系列CPU,尤其在486DX2成为主流后,其DX2-80因较高的性价比成为当时主流产品之一,TI486最高主频为DX4-100,但其后再也没有进入过CPU市场。
Cyrix486DLC
这是Cyrix公司生产的486CPU,说它是486CPU,是指它的效率上逼近486CPU,却并不是严格意义上的486CPU,这是由486CPU的特点而定的。
486DLCCPU只是将386DXCPU与1KCache组合在一块芯片里,没有内含浮点协处理器,执行一条指令需要两个振荡周期。
但是由于486DLCCPU设计精巧,486DLC-33CPU的效率逼近英特尔公司的486SX-25,而486DLC-40CPU则超过了486SX-25,并且486DLC-40CPU的价格比486SX-25便宜。
其实,486DLCCPU是为了升级386DM而设计的,如果原来有一台386电脑,想升级到486,但是又不想更换主板,就可以拔下原来的386CPU,插上一块486DLCCPU就可以了。
Cyrix5x86
自从英特尔另辟蹊径,开发了Pentium之后,Cyrix也很快推出了自己的新一代产品5x86。
它仍然延用原来486系列的CPU插座,而将主频从100MHz提高到120MHz。
主频标识也变为5x86PR120,它的自标是针对英特尔推出的Pentium75,但5x86可以说是一款失败的产品。
5x86比起486来说性能是有所增加,可是比起Pentium来说,不但浮点性能远远不足,就连Cyrix一向自豪的整数运算性能也不那么高超,给人一种比上不足比下有余的感觉。
由于5x86可以使用486的主板,因此我们一般将它看成是过渡产品。
其间由于CyrixCPU为IBM代工生产,所以从486起在市场上同时出现了与它核心相同的IBMCPU,这种情形一直持续到Cyrix的MⅡ为止。
AMD5x86
AMD486DX是AMD公司在486市场的利器,它内置16KB回写缓存,并且开始了单周期多指令的时代,还具有分页虚拟内存管理技术。
由于后期TI推出了486DX2-80,价格非常低,英特尔又推出了Pentium系列,AMD为了抢占市场的空缺,推出了5x86系列CPU。
它是486级最高主频的产品,为5x86-120及5x86-133。
它采用了一体的16K回写Cache,0.35微米工艺,33×4的133频率,性能直指Pentiun75,并且功耗要小于Pentium。
IntelPentium
1993年,全面超越486的新一代586CPU问世,为了摆脱486时代处理器名称混乱的困扰,英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。
AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86处理器来对付芯片巨人,但是由于奔腾处理器的性能最佳,英特尔逐渐占据了大部分市场。
Pentium最初级的CPU是Pentium60和Pentium66,分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下,没有我们现在所说的倍频设置。
令英特尔最为尴尬的是最初Pentium60和Pentium66的一部分产品还有浮点运算错误,因此它并没有受到人们的欢迎,英特尔还因此回收了大批CPU。
当时的混乱情况比今天的奔腾Ⅲ1.13GHz回收有过之而无不及。
Pentium级别的CPU也有自己的代号,以区别不同的工艺的CPU。
有以下这几种型号(注意:
586级CPU在CPU的工作频率
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