硬件工程师培训教程(三)

硬件工程师培训教程（三）

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I n t el 、AMD和V I A（威盛）三家为主，我们将以他们的产品为介绍重点。

一、Intel 阵营

I n t e l（英特尔）公司大家已经是如$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I n t el就一定不会陌生。

I n t el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I n t el公司就不能不谈谈I n t e l C PU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，I n t el的CPU芯片主要经历了以下几个发展阶段：

1 .I n t e l 4 0 04

1971年，Intel 公司推出了世界上第一款微处理器4004 。这是第一个

用丁个人计算机的4位微处理器，它包含2 3 00个晶体管，由丁性能很差，市场反应冷淡。

2 .I ntel 8080 /8 0 85

在4 0 04之后，I n t el 公司乂研制出了8080处理器和8 0 85处理器，加上当时美国M o t or o la 公司的M C 6 8 00微处理器和Z i l og公司的Z80微处理器，一起组成了8位微处理器家族。

3 .I ntel 8086 /8 0 88

16微处理器的典型产品是I n t el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8 0 87指令集中增加了一些专门用丁对数、指数和三角函数等数学

计算的指令。由丁这些指令应用丁8 0 86和8 0 87,因此被人们统称

为x 86指令集。此后I n t el推出新一代CPU产品均兼容原来的x 86指令集。

1979年I n t el 公司推出了8 0 86的简化版

——8088芯片，它仍是16位微处理器，内含2 9 0 00个晶体管，时钟频率为4 .7 7 M Hz,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，

8 0 88芯片被首次用丁I B M PC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8 0 88则可以说是家喻户晓了， P C（个人电脑）机的第一代C PU便是从它开始的。

1982年的I n t e l 8 0 2 86虽然是16位芯片，但是其内部已包含了1 3 .4 万个晶体管，时钟频率也到了前所未有的

2 0 M Hz。其内、外部数据总线均为16位，地址总线为24位，可以使用1 6 MB内存，工作方式包括实模式和保护模式两种。

5 .I nt el 80386DX/8 038

6 SX

32位微处理器的代表产品首推I n t el公司1 9 85年推出的8 0 3 86,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 2 7 .5 万个晶体管，时钟频率为1 2. 5MHz后逐步提高到3 3 M Hz。8 0 3 86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4 GB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。

1 9 89年，I n t el 公司乂推出准32位处理器芯片

8 0 3 8 6 SX 0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的性能优丁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 nt el 80486DX/8 0486 SX

1 9 89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。由丁这些改进，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，486DX2、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 Pent i u m C l assi c（经典奔腾）

代号:P54C

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 m

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