计算机组成原理及汇编语言_cpu未来发展方向

CPU未来发展方向

1、CPU发展历史：

集成的晶体管数量增加，内存扩大，时钟频率增加，地址总线增加，运行速度加快，兼容性提高。总体走向运算更快，体积更小，频率更高，兼容性更好的方向。通过大规模集成电路的发展，在更小的面积上可以集成更多的晶体管，从而使运算速度迅速增长。但是当集成电路增多后，运行产生的热量会是CPU的材料硅受到影响，所以散热问题阻碍了高度集成的进程。

CPU发展史可以说Intel公司的历史就是一部CPU的发展史。

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，所以人们也把这些指令集统一称之为X86指令集。这就是X86指令集的来历。1978年，Intel还推出了具有 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。

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。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。

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。但80386芯片并没有引起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，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。

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。

2、CPU发展现状：

为解决CPU散热的问题，现在的CPU正在从单核向多核发展，以减少产热量，增加散热面积，同时进一步加快运算速度，增大存储容量。目前市场上的双核处理器已经被广泛的应用于手机、电脑以及各种PC机中。Intel的双芯和AMD的双核，又开拓出两种发展方向。而中国为了尽快赶上世界的技术水平决定跳过双核，4核，8核，直接进入16核ＣＰＵ的研发。

（1）中国CPU现状及发展趋势：

9月13日，中科院计算技术研究所承担的国家“863”项目“龙芯2号增强型处理器芯片设计”(即龙芯2E)正式通过了“863”专家组的验收。该通用CPU已经达到了奔腾4的水平，这标志着我国在通用CPU设计和生产方面，取得了巨大的进展。经专家鉴定，龙芯2号居国内通用CPU研制领先水平。与此同时，中科院计算所也宣布了进一步的研发计划，即会在2008年左右推出龙芯3号芯片，用于将来的服务器市场。根据中科院计算所公布的产品路线图，龙芯3号将会是64位16核的芯片，而到现在为止的龙芯1号和龙芯2号系列芯片都是单核(龙芯1号是32位，龙芯2号系列为64位)。之所以龙芯3号会跳过双核、4核、8核，直接进入到16核的设计，首先是因为计算所已经具备了设计16核芯片的能力，其次是实现跨越式发展的需要。据中科院计算所介绍，“十一五”计划期间，中科院计算所将研制多核的龙芯3号，可用来研制生产高性能的计算机和服务器，进一步缩小与国外先进水平的差距。现在龙芯系列研发和推广的重点依然是龙芯2号产品，但与此同时也未放弃龙芯1号和3号的继续研发，龙芯家族的各号产品嵌入式系统(龙芯1号)、PC机(龙芯2号)和服务器(龙芯3号)研发将齐头并进。面对中国这个潜力广阔的大市场，龙芯还有很长的一段路要走，合理地找准市场地位，如何发挥其产品的技术优势并加大应用推广的力度，是目前龙芯处理所需要做的。

（2）国际CPU现状及发展趋势：

两家世界上最大的处理器制造厂AMD和Intel曾都遇到一个难题，那就是“频率”。频率作为衡量处理器好坏的标准已经成为了大多数人的定论。低频率就代表着一颗处理器性能的滞后，而如今不管是Intel还是AMD都同时遇到了“频率”这个难题。在设计者提高处理器内部进程的数量、增加缓存容量等方法纷纷用尽以后，似乎残酷的现实告诉设计者们:单核心处理器已经走到尽头。“双核心”被Intel和AMD确定为下步发展项目也就不足为奇了。AMD和Intel的双核技术在物理结构上也有很大不同之处。AMD将两个内核做在一个Die(内核)上，通过直连架构连接起来，集成度更高。Intel则是采用两个独立的内核封装在一起，因此有人将Intel的方案称为“双芯”，认为AMD的方案才是真正的“双核”。从用户端的角度来看，AMD的方案能够使双核CPU的管脚、功耗等指标跟单核CPU保持一致，从单核升级到双核，不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板，只需要刷新BIOS软件即可，这对于主板厂商、计算机厂商和最终用户的投资保护是非常有利的。由此看来，在多核处理器市场上，AMD在对客户的理解和对输出最符合客户需求的产品方面的理念走在了Intel 的前面，目前，双核处理器的应用环境已经颇为成熟，大多数操作系统已经支持并行处理，许多新或即将发布的应用软件都对并行技术提供了支持，因此双核处理器一旦上市，系统性能的提升将能得到迅速的提升。因此，目前整个软件市场其实已经为多核心处理器架构提供了充分的准备。在单一处理器上安置两个或更多强大的计算核心的创举开拓了一个全新的充满可能性的世界。多核心处理器可以为战胜今天的处理器设计挑战提供一种立竿见影、经济有效的技术――降低随着单核心处理器的频率(即“时钟速度”)的不断上升而增高的热量和功耗。