姓名：吕烜威 学号：20021210973 学院：电子工程学院
转载自：处理器简史：半导体巅峰，纵横四十年--(1) CPU 起源
【嵌牛导读】CPU，是IT行业的制高点，既是各大IT公司角力的主战场，背后还是各国政府科技竞赛的竞技场，40年江湖，你方唱罢我登场，好不热闹。在进入CPU时代前的史前时代, 是计算机从发明到大发展的计算机时代, 包含机械计算机、电动计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机等几个次世代, 这是一个属于IBM的光辉时代, 也标志着人类进入电脑逐步解放人脑的智能时代。
【嵌牛鼻子】处理器 ARM 计算机
【嵌牛提问】CPU的发展经历了哪几个阶段
【嵌牛正文】CPU的起源
CPU，是IT行业的制高点，既是各大IT公司角力的主战场，背后还是各国政府科技竞赛的竞技场，40年江湖，你方唱罢我登场，好不热闹。
在进入CPU时代前的史前时代, 是计算机从发明到大发展的计算机时代, 包含机械计算机、电动计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机等几个次世代, 这是一个属于IBM的光辉时代, 也标志着人类进入电脑逐步解放人脑的智能时代。
位于美国费城的电子数字积分计算机(ENIAC)是世界上第一台通用电子计算机 ，在二战中被用来计算复杂的弹道导弹发射数据，以及氢弹的可行性研究
期间,有老沃森在40年代轻掷百万给一个陌生年轻人研制电动计算机(继电器计算机)Mark 1号的故事,
也有浪子回头小沃森接棒IBM的故事：力挽狂澜、50年代初带领IBM耗资千万研制电子管、磁带等组成的大型机IBM701,
IBM701
在40、50年代那个满地都是计算机公司的时代，统一了行业，奠定了IBM在这个时代的王者地位，正式让IBM从机械制表机行业转型成为一家计算机公司。
随着肖克利发明晶体管，集成电路也在仙童公司发明出来，小沃森又在60年代耗资50亿, 研制集成电路组成的360全系列兼容型大中小系列计算机, 5年内卖出了3万多台，创造了历史（一台卖几百万呀！）。
还有以mini裙得名mini小型计算机的DEC公司，巨型机天才Cray教授创办的三家Cray系巨型机公司，还有华人的骄傲王安电脑等等，一个群星闪耀/充满传说的时代。
王安电脑
在这个CPU的史前时代，计算功能分布在各种机械或者离散电路中，
集成电路最后才诞生，尚没有形成一个高集成度、涵盖所有计算功能的部件，连集成电路之父仙童八杰（肖克利的原话是八个叛徒）里的三位创建的Intel公司（Intel的名字代表集成度），此时折腾的还是DRAM生意。
历史，也是量变到质变慢慢积累的，不过不一定遵循我们的思维逻辑，这时，IBM、DEC、Nova、Cray等计算机巨头都没有提出缩小计算机、提高集成度等类似的概念，CPU的发明也与他们无缘。
也许是利益使然吧，缩小了如何卖得起价钱？！
CPU的起源，是Intel公司一个员工霍夫在给日本合作方设计台式计算器时，提出了把日本人方案里的多个集成电路整合的思想，虽然日本人拒绝了，但是八杰之首、Intel第一任掌门诺伊斯支持了他，于是由中央处理器（CPU）+程序存储器+数据存储器的三片式结构构思了出来，并在1971年诞生了世界上第一片2250支晶体管组成的4004 CPU，只有铅笔尖大小。
随后是8008和卖出几百万片的8080，从此，Intel踏上了x86 CPU开发的辉煌道路。
Intel 8080的成功，揭开了CPU军备竞赛的篇章，标志着CPU时代真正来临。
上世纪70年代中期，在intel的8080成功后，Motorola推出了6800，从intel离开创业的霍夫创建了Zilog，推出了Z80，6800团队的一支也创业推出了6502。这2种CISC架构成为当时的主力，统治了70、80年代的计算领域主战场。随着微处理器的发明，70年代中，大量作坊式车库计算机制造公司遍地开花，掀起了“解放计算机革命”，计算机走入寻常百姓家成为可能。
在众多作坊中率先脱颖而出的，当然是大家都熟知的苹果，75年，乔布斯和沃兹开始设计电脑时，270块的8080着实太贵了，不过他们凑巧在展会上买到了20块一片的6502，于是Apple I和II的CPU就基于6502。
上帝通过苹果，教会了人类很多，这个叫做苹果的电脑公司，也一炮而红，销售额5年内爬到10亿美金，进入TOP500企业，引领众多“车库”电脑公司，兴风作浪，让以大型机等“贵族式”专业计算机为生的IBM 大为光火，决定正式进去微电脑行业。
80年，蓝色巨人找来两个小兄弟，Intel和微软，告诉他们有一个秘密项目“国际象棋”，需要他们参与，两个小兄弟都很激动，全力投入了进来。他们选择了准16位的CPU 8088，这样就比苹果选用的8位CPU 6502快多了。81年，PC（personal computer）成功发布，IBM登高一呼，宣布开放PC标准，公布了硬件设计原理图和BIOS源码，从此，一个行业诞生了，一个时代开始了！Wintel驾着兼容PC的大潮，登上了IT时代的巅峰，驰骋30年。
乔布斯虽然开启了微电脑时代，但引导大潮的却是IBM，得益的竟是Wintel。
造化弄人，上帝的玩笑。
IBM PC一推出，就大行其道，血洗行业，让众多从车库起家的微电脑公司破产，形成了行业整合效应。
为与IBM PC竞争，85年，Macintosh被设计出来，采用了Motorola的32位 CPU，图形界面，多媒体功能，一经发布，轰动全美，大卖特卖，扭转了苹果的败局。不过，也许就像它错误的名字预示的一样，“雨衣”已经不是“苹果”了，乔布斯被赶出了苹果！
32位的68000让Intel和IBM PC感受到了压力，Intel成立了新的团队进行攻坚，85年，386推出，但是此时，IBM竟然拒绝了386！
原因当然不是IBM表面上说的“我们有大量286 PC/AT机的客户订单”，IBM培育出的PC市场越来越大，这么大的肥肉为何不自己吃？！为何不自己做处理器？于是PowerPC即将诞生，不过还需要再等5年。
但是，演进的大潮并没有按照某一个公司的规划发展，IBM也不例外。Compag率先推出了386 PC，
2个月后，台湾宏基也推出了386 PC。而IBM直到87年才推出386 PC。虽然不到一年时间，但足以让历史改变。
康柏从此发力，于94年超越IBM，登上PC王者宝座。
在进入RISC话题前，简单回顾一下工作站（workstation）的历史。
70年代末开始的微电脑大潮，带动CPU快速发展，80年代中32位的68000性能已经匹敌小型机minicomputer，在专业计算机和PC之间的市场区隔，很快就被有识之士盯上了。
早期的工作站设计遵循3M原则（mega bytes、mega flops、mega pixels），以及快速的网络接口、磁盘接口等，用在网络和图形领域。
著名的SUN和SGI，就是专注于这个领域起家的，另外前面提到的DEC，50年代末靠小型机起家，从IBM大型机市场分流了一大块蛋糕，成为第二大计算机公司：
DEC创始人奥尔森：发明全球首台小型机，挑战IBM大型机
DEC 80年代初面临工作站市场对小型机的冲击，特别是当伯克利RISC和斯坦福MIPS项目开始后。
RISC风靡的时代开始了。
在集成电路发展初期，硬件资源有限，人们渴着劲优化程序，让指令占用尽可能少的存储器，程序员天天跟汇编语言厮混，这可以帮我们更好的理解CISC架构的特点：变长指令以节省空间，尽可能多的功能指令以辅助程序员容易使用。
随着微处理器和半导体工艺的发展，存储器容量不再是苛刻要素，另外，高级语言的普遍使用，带来编译器技术的发展，IBM的Cocke发现，编译器用不到大多数复杂的寻址方式，复杂的硬件实现的指令，也很难由编译器使用，而且有研究发现，基于68000的UNIX OS编译后，只用到了30%的指令，很大一部分用来实现各种千奇百怪指令的电路都浪费了。另外，系统的频率也由于复杂指令实现电路拖慢了。
RISC研究浪潮在80年代初各高校风起云涌，伯克利的RISC和斯坦福的MIPS是代表。还有现在大行其道的ARM，也是在那个时候步伯克利RISC后尘，在英国剑桥系的Acorn公司开始萌芽。
让我们继续回顾计算机行业，80年代的工作站风行，Apollo一度大幅领先，从81~87年，占领网络工作站头把交椅，然而斯坦福系的SUN和SGI开始发力了。Apollo、SUN、SGI等的工作站开始用的CPU是68000。不过斯坦福系的这两个公司技术嗅觉敏锐，很快就切到了RISC。
SUN是斯坦福的三个毕业生82年创建的（Stanford University Network），一上来就瞄准高端工作站市场，并成功切入，不过随着RISC大潮的兴起，SUN果断的于87年启动SPARC的开发，SPARC继承了伯克利RISC的技术，89年推向市场时，卓尔不群的打败了市场上所有的竞争对手。
SUN的几位创始人
几乎在同时，SGI也从68k切换到MIPS作为其工作站的CPU，并且还觉得不过瘾，于92年收购了MIPS公司。
MIPS创始人、斯坦福老校长Hennessy
MIPS公司是82年由斯坦福教授轩尼诗创建，作为交早商用的RISC CPU，盛行于80年代后期和90年代，windows都出过MIPS的版本。 86年推出第一颗R2000，并与87年在SGI 图形工作站应用。
SUN和SGI的加入，使工作站市场越来越红火，DEC的现金牛VAX小型机受到强烈冲击，终于熬不住了，内部争争吵吵后，出了很多应对方案，其中的两个是采用MIPS开发工作站、开发自己的工作站和处理器。
MIPS在DEC的工作站上得到短暂使用，很快，DEC自己的Alpha21064与92年开发完成，一上来就是64位的，性能出众，其设计参考了很多MIPS的技术。DEC的工作站、以及小型机还有后来的超级计算机都切到自己的Alpha处理器。DEC还做了一件事，就是联合ARM，基于ARM7和Alpha的技术，开发了StrongARM。
前面提到的Acorn，英国的苹果，于70年代末建立，也瞄着苹果公司掀起的微电脑市场，在英国赢得了广泛的应用，他们的CPU也跟随苹果，选用6502。80年代初，他们也进入工作站领域，选用NS的32016，此CPU的高性能让Acorn垂涎不已，准备开发自己的微处理器，他们在考察了伯克利RISC项目后，于83年启动了Acorn RISC Machine项目，这就是ARM的起源。85年由VLSI生产了第一片ARM1。
苹果这时准备做一款那个时代的IPAD：Newton牛顿，找来找去，最后发现Acorn的处理器比较合适（功耗、成本、性能、时钟随时可以完全停止等），于是联合继续开发ARM，并且决定形成一个独立的公司，90年，ARM公司正式独立，VLSI作为半导体代工者，首先获得了license授权，后面的岁月里，陆续授权给了TI、三星、高通等。
于是，ARM虽不断滋生繁衍，成燎原之势。
（历史充满了诡异，美国的苹果回过头与英国的苹果合作，一起做出了日后移动时代的CPU架构统治者：ARM。）
IBM的PC机，于80年代中期，成为行业事实标准，几乎统一了微电脑行业，而且差点把苹果和Acorn干掉，不过IBM自己由于开放标准，反而被“山寨”厂家康柏、DELL等逼上了绝路，份额大幅下降，从绝对垄断的百分之七八十，降低到一半以下。
IBM是RISC大潮最早的引领者，但在应用中落伍了，直到90才推出了POWER，用在RISC system/6000上，POWER1是多芯片组成的，所以又启动了单芯片的POWER项目，此时，PC行业的红火培育了Intel，IBM自己也垂涎这块蛋糕，于是他联合苹果，准备把这个单芯片的POWER大量推广，苹果又拉上了Motorola，作为second source。AIM联盟形成，推出的第一款芯片是PowerPC601。PC是performance computing的意思，但市场就是针对PC。微软也加入进来，推出了PowerPC版本的WindowsNT。甚至SUN也推出了一个PowerPC版本的Solaris。
不过，PowerPC除了苹果坚持使用，并未形成气候，因为没有多少软件移植到PowerPC，软件生态圈的贫乏让PowerPC永远停留在了封闭系统里。
（苹果在PowerPC上吃的亏太多了，以至于，老乔巩固了PC帝国后在移动产品上自己做CPU了，当然多亏了当年投资的ARM，否则没有架构可用了；IBM、Motorola，这两个巨无霸，在CPU道路上坚持奋战，直到现在。motorola半导体部门现在叫做Freescale飞思卡尔）
至此，所有的主流CPU架构，都粉墨登场了。在IT行业跌宕起伏、波澜壮阔的发展中，各种CPU也随着各个明星公司的兴衰，演绎出一卷CPU众架构的兴衰史……