CPU的由来

2019-08-03 12:52

CPU的由来 由来

在现今的CPU出现之前,如同埃尼阿克(Electronic Numerical Integrator and Computer)之类的计算机在执行不同程序时,必须经过一番线路调整才能启动。由于它们的线路必须被重设才能执行不同的程序,这些机器通常称为“固定程序计算机”(fixed-program computer)。而由于CPU这个词指称为执行软件(计算机程序)的设备,那些最早与储存程序型计算机(stored-program computer)一同登场的设备也可以被称为CPU。

.发展

由于许多科技大厂投入更小更可靠的电子设备,设计CPU变得越来越复杂。晶体管的面世便是第一个CPU的飞跃进步。1950到60年代的晶体管CPU不再以体积庞大、不可靠与易碎的切换组件(例如继电器与真空管)建造。借由这项改良,更复杂与可靠的CPU便被建造在一或多个包含离散(独立)组件的印制电路板上。

在此时期,将许多晶体管放置在拥挤空间中的方法大为普

及。集成电路(IC)将大量的晶体管集中在一小块半导体片,或芯片(chip)上。刚开始只有非常基本、非特定用途的数码回路小型化到IC上(例如NOR逻辑门)。以这些预组式IC为基础的CPU称为小规模集成电路(SSI)设备。SSI IC,例如设备在阿波罗导航计算机上的那些,通常包含数十个晶体管。以SSI IC建构整个CPU需要数千个独立的芯片,但与之前的离散晶体管设计相比,依然省下很多空间与电力。肇因于微电子科技的进步,在IC上的晶体管数量越来越大,因此减少了建构一个完整CPU需要的独立IC数量。“中规模集成电路”(MSI)与“大规模集成电路”(LSI)将内含的晶体管数量增加到成百上万。

1964年IBM推出了System/360计算机架构,此架构让一系列速度与效能不同的IBM计算机可以跑相同的程序。此诚为一项创举,因为当时的计算机大多互不兼容,甚至同一家厂商制造的也是如此。为了实践此项创举,IBM提出了微程序(microprogram 或 microcode)概念,此概念依然广泛使用在现代CPU上(Amdahl et al. 1964)。System/360架构由于太过成功,因此支配了大型计算机数十年之久,并留下一系列使用相似架构,名为IBM zSeries的现代主机产品。同一年(1964),迪吉多(DEC)推出另一个深具影响力且瞄准科学与研究市场的计算机,明为PDP-8。DEC稍后推出非常有名的PDP-11,此产品原先计划以SSI IC构组,但在LSI技术成

熟后改为LSI IC。与之前SSI和MSI的祖先相比,PDP-11的第一个LSI产品包含了一个只用了4个LSI IC的CPU(Digital Equipment Corporation 1975)。

晶体管计算机有许多前一代产品没有的优点。除了可靠度与低耗电量之外,由于晶体管的状态转换时间比继电器和真空管短得多,CPU也就拥有更快的速度。幸亏可靠度的提升与晶体管转换器的切换时间缩短,CPU的时钟频率在此时期达到十几百万赫兹。另外,由于离散晶体管与IC CPU的使用量大增,新的高效能设计,例如SIMD(单指令复数数据)、向量处理器(vector processor)开始出现。这些早期的实验性设计,刺激了之后超级计算机.

1971年。世界上第一块微处理器4004在Intel公司诞生了。它出现的意义是划时代的,比起现在的CPU,4004显得很可怜,它只有2300个晶体管,功能相当有限,而且速度还很慢。

1978年,Intel公司首次生产出16位的微处理器命名为i8086,同时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。由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们把指令集统一称之为X86指令集。这就是X86指令集的来历。

1979年,Intel公司推出了8088芯片,它是第一块成功用

于个人电脑的CPU。它仍旧是属于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,寻址范围仅仅是1MB内存。8088内部数据总线都是16位,外部数据总线是8位,而它的兄弟8086是16位,这样做只是为了方便计算机制造商设计主板。

1981年8088芯片首次用于IBM PC机中,开创了全新的微机时代。

1982年,Intel推出80286芯片,它比8086和8088都有了飞跃的发展,虽然它仍旧是16位结构,但在CPU的内部集成了13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存。80286也是应用比较广泛的一块CPU。 1985年Intel推出了80386芯片,它X86系列中的第一种32位微处理器,而且制造工艺也有了很大的进步。80386内部内含27.5万个晶体管,时钟频率从12.5MHz发展到33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,可寻址高达4GB内存,可以使用Windows操作系统了。 1989年,Intel推出80486芯片,它的特殊意义在于这块芯片首次突破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管。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,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(Burst)方式,大大提高了与内存的数据交换速度。

1971 年,Intel 推出了世界上第一款微处理器 4004,它是一个包含了2300个晶体管的4位CPU。

1978年,Intel推出了具有 16 位数据通道、内存寻址能力为 1MB、最大运行速度 8MHz 的8086, 并根据外设的需求推出了外部总线为 8 位的 8088, 从而有了 IBM 的 XT 机。随后,Intel 又推出了 80186 和 80188,并在其中集成了更多的功能。

到1982 年的时候, Intel 在8086 的基础上推出了80286,IBM 则采用80286 推出了AT 机并在当时引起了轰动,进而使得以后的 PC 机不得不一直兼容于PC XT/AT。

到了1985 年,Intel 推出了80386, 但并没有引起IBM 的足够重视,反而是 Compaq 率先采用了它。可以说,这是 P C 厂商正式走“兼容”道路的开始,也是AMD 等 CPU 生产厂家走“兼容”道路的开始和 32 位 CPU的开始,直到今天的 P4 和 K7 依然是 32 位的 CPU(局部64位) 。 1989 年,80486 横空出世,它第一次使晶体管集成数达到了 120 万个,并且在一个时钟周期内能执行 2 条指令。 随后,AMD、Cyrix 等陆续推出了 80486 的兼容CPU,于是人们只知有 386 和 486 之分而不知有 Intel 和非Intel 之分。 鉴于这种情况, Intel 没有将486 的后一代产品称


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