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标题: 英特尔15款X86 CPU发展史 [打印本页]

作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:56     标题: 英特尔15款X86 CPU发展史

Intel公司是IT史上最伟大的公司之一,尤其是在处理器领域,甚至可以说Intel公司三十多年的发展史就是PC处理器的进化过程。从最早的存储器(Intel创业发家靠的就是存储器)到最新的“Tera-scale” 万亿次芯片技术,Intel推出了无数处理器,它们中的有些在市场上大放光芒,有的却又黯然离场。梳理Intel公司的处理器产品线,我们从中撷取了15款可说最经典的X86处理器(嵌入式等领域的处理器暂不考虑),回顾这些处理器的历史不仅是为了温故更为了知新,我们看到处理器性能越来越强大,功耗却在渐渐降低,未来的处理器有望继续延续这一道路,可以说是会“更好更强大”。下面就让我们一起看看15款处理器的光辉时刻吧!
    1、8086:第一款PC处理器

    8086是第一款面世的X86 CPU-在此之前,英特尔公司已经发布了4004,8008,8080,8085等CPU。8086可以使用外部20位地址总线管理1MB的内存。不过IBM选定的4.77MHz速度实在是有些低了,在最终退市前它的速度可以达到10MHz。

    世界上第一台PC使用的处理器就是8086的衍生品-仅有8位(外部)数据总线的8088。有趣的是,美国航天飞机上的控制系统用的就是8086处理,2002年的时候NASA(美国宇航局)还在eBay上购买了几块8086,因为英特尔早已不再供货了。

    2、80286:支持16MB内存,依然是16位

    发布于1982年的80286在同频率下性能要三倍于8086处理器。它可以支持16MB内存,不过依然是16位处理器。它是第一款带有MMU(内存管理单元,memory management unit)模块的处理器,使得它可以管理虚拟内存。和8086一样,它也没有浮点运算单元(FPU),不过它可以使用X87协处理器。它的最大频率为12.5MHz,相比之下,竞争对手的速度已经能够达到25MHz了。


作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:57

3、80386:32位,高速缓存

    英特尔公司的80386是第一款32位的X86处理器,有好几个版本存在,其中最知名的是16位数据总线的386 SX(Single-word eXternal)和32位数据总线的386 DX(Double-word eXternal),其余的两个版本就不值一提了:386 SL首次提供了(外部)缓存管理功能,386 EX用在了太空计划中(哈勃望远镜使用的就是它)。


    4、486:首次拥有APU(浮点运算单元)和Multipliers(乘法器)

    486的出现则是一个时代的标志,很长时间内486 DX2/66都是游戏玩家的最低配置。这款发布于1989年的CPU带来了几项有趣的新功能:板载APU,数据缓存和第一个时钟乘法器。板载APU和x87协处理器的搭配组成了486 DX(不是SX)系列。处理器内部拥有一块8KB L1缓存(写回速度比写入速度稍快些),同时也使主板上具备集成L2缓存的可能(运行在总线频率下)。

    第二代486开始拥有一个CPU乘法器,随着DX2(2组乘法器)和DX4(3组乘法器)系列的发布,处理器的频率开始高于FSB(前端总线)的频率。还有一个小故事,作为486SX的APU出售的487SX实际上就是屏蔽掉部分核心的486DX。


作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:57

5、Pentium:带来麻烦的BUG

    1993年面世的Pentium引人注意的原因很多:放弃传统数字命名方式,因为Intel被禁止使用数字作为商标,最出名的就是它的一个BUG,第一代Pentium的某些除法操作会产生不正确的结果,尽管英特尔很快更换了这些处理器,但是不良影响已经造成,这个罕见的BUG一度让IT媒体的报道铺天盖地。

    Pentium总共有三个不同版本出售,最初的没有CPU乘法器,第二个版本带有一个乘法器(其包括著名的Pentium 166),最后的则开始支持X86架构的SIMD指令集-MMX,Pentium MMX还增加了L1缓存的大小,并做了小幅改进。这是英特尔公司第一款能同时执行两条指令的X86 CPU,它的L2缓存集成于主板上,运行频率等同FSB频率。

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    这里我们解释一下Pentium 的这个BUG:使用FPU进行的某些计算会导致不正确的结果。出现这个错误的几率非常罕见,况且Inel也迅速免费更换了问题产品。下面是Pentium出错的一个实列:

    4195835.0/3145727.0 = 1.333 820 449 136 241 002 (正确结果) 4195835.0/3145727.0 = 1.333 739 068 902 037 589( 问题Pentium上的错误结果)

    6、Pentium Pro:首次支持超过4GB的内存

    发布于1995年的Pentium Pro是首款支持超过4GB内存的处理器,它利用36位物理地址扩展(PAE)技术最大可支持64GB内存。这款CPU也是第一款P6架构(酷睿2核心也源自于此)处理器,也是首次在CPU内部集成L2缓存。实际上256KB到1MB的缓存置于CPU核心旁边,而且与CPU同速,不再是板载方式。

    这款CPU也有一个性能问题,运行32位程序性能很不错,但是运行16位程序(例如Windows 95系统)就就慢得多了,因为16位的寄存器管理32位的寄存器可能有些问题,这抵消了Pentium Pro的乱序执行架构的优势。


作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:58

7、Pentium II and III: 同门兄弟

    发布于1997年的Pentium II是Pentium Pro开始走向普通公众的产物(Pentium Pro叫好不叫座),整体上与Pentium Pro很相似,只是缓存方面有些不同,L2缓存不再与CPU核心保持同速(这么做的代价高昂),P II的512KB 缓存工作于CPU半速,另外Intel抛弃了传统的封装方式,开始把L2缓存也封装在外壳内部,不再像之前那样集成在主板上或者处理器内。

    相比Pentium Pro,Pentium II原生支持MMX(SIMD)指令,拥有双倍的L2缓存。1999年发布的Pentium III(Katmai核心)除了支持SSE(SIMD)指令外其他方面与Pentium II是一样的。

    Pentium II and III都有512KB L2缓存,但使用180nm工艺制造的Pentium II 移动版Dixon只有256KB L2缓存,不过这款处理器的运行速度比桌面版快多了。

    8、Celeron and Xeon:瞄准低端/高端

    90年代后期,Intel推出了两个熟知的品牌:Celeron(赛扬)and Xeon(至强)。前者瞄准入门级市场,后者意图染指服务器和工作站领域。第一代赛扬其实就是阉割掉L2缓存的Pentium II,当时其性能可以说非常烂,相比之下那时至强拥有更大的L2缓存。直到现在这两个品牌依然存在:面向入门级的赛扬(通常是减少L2缓存,降低FSB速度),以及面向服务器领域的至强(高频率,高FSB速度和大容量缓存)。

    Intel后来还是给赛扬增加了L2缓存(只有128KB),其中赛扬300A凭借着50%的超频幅度长时间内都是市场上最炙手可热的明星产品。

    与PⅡ一样,至强外壳内也有外置L2缓存,容量介于512KB到2MB之间,晶体管数量在31M到124M之间。


作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:58

9、冲击1GHz的Pentium Ⅲ

    Coppermine核心的Pentium Ⅲ是Intel历史上首款达到1Ghz的X86处理器,之后甚至推出了1.13GHz的型号,不过由于不稳定它很快退出了市场。新版Pentium Ⅲ提高了核心内的L2缓存容量,要比早期外置512KB L2缓存的型号运行的更快,Intel宣称它还可以加速网络冲浪。共有三个版本的P Ⅲ发布:服务器级(Xeon),入门级(Celeron),移动版(第一次引入SpeedStep技能技术)。

    2002年又发布了一个改进版:Tualatin(图拉丁)奔三,其拥有512KB L2缓存,使用更先进的130nm工艺制造。原本它是Intel准备用于服务器和移动市场的,因而它在消费级市场也只是昙花一现,并不为人熟知。

    10、Pentium 4:高噪音低性能的代名词


    2000年Intel宣布了新一代的处理器-Pentium 4。尽管有着更高的时钟频率(最低速度都达到了1.4GHz),但是同频率的性能表现比竞争对手的要差远了,ADM的Athlon(甚至是自家的Pentium Ⅲ)在相同的频率下都比它运行的快。最要命的是,Intel决定弃主流的内存规格不顾,只支持RAMBUS的RDRAM内存(当时唯一能满足Pentium 4带宽需求的内存),但是最后失败了。尽管价格昂贵,发热量也大,Pentium 4依靠多项技术改进(如加入L3缓存,支持超线程技术)还是在市场上生存了几年。

    市场上一共有Mobile(新增了一组变量乘法器),Clerlon(精简了L2缓存),Xeon(加入L3缓存)三种P4处理器有售。超线程技术和L3首先出现在服务器市场上,之后引入到了普通处理器上(L3缓存也只是出现在EE至尊级型号上)。

    这里提一下FSB,借着名为QDR(四倍速数据传输)技术的支持它的速度要四倍快于额定时钟频率。400MHz的总线速度实际上只有100MHz,533MHz也只有133MHz的真实速度。2005年Intel还发布了64位P4处理器,后文我们将谈到它。


作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:58

11、Pentium M:在膝上型电脑市场上开始发力

    2003年Portable PC(便携型电脑)市场开始爆发式地增长。此时Intel只有两款CPU可供选择:落后的图拉丁P3和P4,但P4巨大的发热量决定了它不可能适于便携型电脑处理。就在此时,从以色列实验室来了一个救星:Banias(又名Pentium M)。这款基于P6架构(与Pentium Pro一样)的处理器拥有超越P4的高性能,而且功耗超低。它成了英特尔迅驰(Centrino)平台的处理器,在2004年又被更快的Dothan核心取代。Pentium M在移动平台留下了深深的烙印,Stealey(A100)至今还在使用Dothan架构(只不过频率低些功耗低些罢了)。

    与桌面版P4一样,其FSB也是四倍速于额定频率(QDR),插槽使用了Socket 479,实际上只有478个针脚,不过每个针脚的定义与桌面P4的Socket 478不一样。

    12、Pentium 4:开始支持64位,变身双核

    2005年Intel两次改进了P4处理器:先是带来Prescott-2M,接着又发布了Smithfiel核心产品。前者是基于Proscott的64位处理器,后者是一款双核处理器。他们和P4很相似,面临的问题是也是一样的:低IPC(每周期指令)运算量,难于提高频率。这两款处理器已经不是Intel重点关注的了,(他们的重心在未来的酷睿2),何况Pentium D说是双核心处理器,实际不过是在一个外壳里封装了两个Proscott核心罢了。

    有趣的是,虽然面向消费级市场的P4并不支持PAE技术(使用36位而非32位管理内存),因此最大支持内存被限制在4GB,但它可以突破这个限制。实际上地址总线依然限于36位(Xeon上是40位),但PAE技术已经成了历史―64位程序可以可以充分利用所有内存。

    某些特定型号上可以支持超线程技术(Xeon和EE至尊版),Intel稍后又发布了65nm的9x0系列P4,不过并没有什么重要改进。


作者: 硬件小子    时间: 2008-11-4 10:59

13、第一款移动版双核

    2006年Intel宣布了酷睿双核处理器。这是第一款面向便携式电脑设计的双核处理器,拥有极佳的性能,至少比P4快多了。这也是第一款真双核X86处理器,共享缓存设计,之前的Pentium D双核更像是一个外壳内封装两个处理器。酷睿处理器是Intel迅驰平台的重要组成部分,在市场上取得了巨大的成功。唯一的缺点就是还是32位处理器,不像P 4那样支持64位技术。

    单核的Core Solo也出现在了市场上,这款追求低功耗的产品FSB速度由667 MHz降到了533MHz,它被应用在了服务器上(代号Sossaman)。这也是专为移动设计的CPU首次用在服务器领域。实际上酷睿处理器没有使用酷睿2处理器的架构,在便携PC市场上它很快被Merom核心的酷睿2取代了。另外,Yonah核心的Socket 479插槽和Pentium M的Socket 479插槽是不一样的(尽管名字一样)。

    14、今天的中流砥柱:酷睿2

    2006年Intel发布了酷睿2处理器,接着它就变成了市场上的抢手货。这款源自Pentium M的处理器拥有全新的Core架构。此前Intel有两个产品线:专注桌面市场的P4和主攻移动市场的Pentium M,二者还共同构筑了服务器产品线。而现在,Intel只需要一个微架构就可以满足各个产品线,一个64位的酷睿2就可以打遍从低端到高端,从桌面,到便携再到服务器的所有领域。

    酷睿2架构在市场上拥有众多型号,主要根据配置的不同来划分等级,包括核心数量的不同(从1到4,单核到四核),缓存大小(从512KB到12MB),FSB快慢(从400MHz到1600MHz)。

    下表所示的是最初的酷睿2数据,不过最新的45nm版也同样适用。

    移动版Merom规格大体相同,只是FSB略微降低了些,而EE至尊版速度更快些。酷睿2也有四核的,实际上只是两个Core核心封装在一起。45nm酷睿2(Penryn)缓存更大,发热量更低,但是基本架构根跟上面的差不多。

    15、未来:Nehalem,Atom等等

    当然这些只是本文的一部分,有关AMD处理器(也包括AMD-ATI显卡在内)的第二部马上就要来到。Intel X86处理器的故事不会随着Core 2 Duo结束,有关Intel未来处理器的部分已经在计划中,因为Nehalem,Atom也是X86处理器。而且据透露,Intel进入显卡市场的Larrabee也是基于X86处理器核心的。






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