Intel公司的CPU发展史简述

      摘要：中央处理器（Central Processing Unit，CPU），是电子计算机的主要设备之一，由运算器和控制器组成。本文介绍CPU由4位处理器、8位处理器、16位处理器、32位处理器的简单发展历程，挑选了里程碑的事件进行讲述。可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。

一. Intel 4004
      1971年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个用于微型计算机的4位微处理器，它包含2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾，但是它毕竟是划时代的产品，从此以后，INTEL便与微处理器结下了不解之缘。随后1972年英特尔又推出了8008，8008是第一个8位的微处理器，但由于运算性能很差，其市场反应十分不理想。1974年,8008发展成8080。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,如果没有微处理器,这些应用就无法实现。

二. Intel 8086
      1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器。很快Zilog公司和摩托罗拉公司也宣布计划生产Z8000和68000。这就是第三代微处理器的起点。
      8086微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。人们将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位数据传输，所以都称为16位微处理器，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，微处理器集成了大约29000个晶体管。
      8086和8088问世后不久，英特尔公司就开始对他们进行改进，他们将更多功能集成在芯片上，这样就诞生了80186和80188。这两款微处理器内部均以16位工作，在外部输入输出上80186采用16位，而80188和8088一样是采用8位工作。
      1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机中，从而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。从8088应用到IBM PC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。

三. Intel 80286
      1982年，英特尔公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器，该微处理器的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址，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MS DOS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等不受保护的微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微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：支持更大的内存。达到了当时前所未有的16MB；能够模拟内存空间。这使得微处理器可以使用外存储设备模拟的大量存储空间，这样就大大扩展了80286所能胜任的工作范围；能同时运行多个任务。多任务是通过多任务硬件机构使微处理器在各种任务间来回快速切换；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。
      80286的封装是一种被称为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。
      IBM PC/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。
      那时的原装机仅指IBM PC机，而兼容机就是除了IBM PC以外的其它机器。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。

四. Intel 80386
      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CPU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。
      英特尔决心全力开发32位核心的CPU-80386，而逐渐放弃存储器业务。Intel给80386设计了三个技术要点：使用"类286"结构，开发80387协微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，英特尔的划时代的产品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微处理器来提供多任务能力。80386DX有比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就是指的它。
      由于32位微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L1 Cache，但由于工艺、成本、工期等等方面的限制，80386最后并没有内置L1 Cache，而是将专门开发的L1 Cache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。

本文转载自：http://my.debugman.net/program-207.html 及其它的一些网站，通过google“CPU发展历程”搜索到的，如
http://smb.zol.com.cn/45/453982.html 等。