悉数历史 英特尔历代经典CPU产品回顾

　　2006年7月份，英特尔终于在万众期待下发布了其新一代Core微体系架构桌面处理器——Conroe。Core微体系架构彻底抛弃了使用多年的NetBurst微架构，执行效率更高，而功耗却大幅降低。其实，作为半导体业界领袖的英特尔，在38年（英特尔创立于1968 年）的公司历程中曾生产出无数的经典产品，今天笔者就给大家介绍和回顾一下英特尔最具代表性的处理器。

CPU的发展可谓翻天覆地，从单核心过度到双核心

CPU发展的速度

　　在过去的时间里，处理器发展的脚步跑相当快！从1977年英特尔的第一颗处理器——4044首次登台露面，它由2300个晶体管构成；今天英特尔的Pentium Extreme Edition 840处理器，晶体管数量已经增加至230,000,000个！足足增加了100,000倍！

CPU发展过程中的变革

　　2006年，英特尔的LGA775平台已经成为市场主流；双核心也加入了CPU这个大家庭。无疑，大家手中的CPU越来越“快”了。本次，我们比较了从CPU诞生到现今CPU，从Sokect 370到LGA775，时钟频率从1MHz出头到现在最高的3.8GHz！

　　介绍完了一些CPU发展的背景知识，现在就带大家去看看CPU是怎样从无到有，并且一步步发展起来的。根据网络的记忆，笔者把它分为了几个发展阶段。注意，这并非按照教科书去划分，而是根据我们的记忆。

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CPU发展的初级阶段

　　1971年1月，英特尔公司的霍夫(Marcian E.Hoff)研制成功4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。正因为发明了微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。

英特尔的第一颗处理器——4004

　　4004当时只有2300个晶体管，是个四位系统，时钟频率仅为108KHz，每秒执行6万条指令（0.06 MIPs)。功能比较弱，而且计算速度较慢，只能用在Busicom计算器上。

 

英特尔8008处理器

　　1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器英特尔8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。

1976年,Intel 发布8085处理器

　　1973年8月，霍夫等人研制出八位微处理器英特尔8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，新一代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080处理器运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了6微米技术，共有6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。 

　　摩尔预言：“晶体管的密度每过18个月就会翻一番，但价格却下降一半”这就是著名的摩尔定律。

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　　1978年6月，英特尔推出4.77MHz的8086处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价高达360美元。不过当时由于360美元过于昂贵，大部分人都没有足够的钱购买使用此芯片的电脑，于是英特尔在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器8088。IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。这也标志着x86架构和IBM PC兼容电脑的产生。

英特尔8086 

　　发布的时候，8086的时钟频率有4.77MHz，8MHz和10MHz三个版本，包括了具有300个操作的指令集。其中8MHz版本包含了大约28,000个晶体管，具备0.8MIPs的能力。

　　1979年6月1日，英特尔推出4.77MHz的准16位微处理器8088,它是8086的廉价版本，价格为大众所接受。在性能方面，它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。

英特尔8088处理器电路结构图

　　1981年：80186和80188发布。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8088一样均是采用8位工作。这是一颗性能介于8088,80286之间的的CPU。但事实上80186从来都没有在PC中应用，它仅仅存在于一个小范围的圈子中，作为一个小型的控制器出现。

英特尔80186

　　1982年2月1日：在80186发布后的几周，80286就发布了。80286处理器集成了大约13.4万个晶体管,最大主频为20MHz，采用16位资料总线和24位位址总线。与8086相比，80186/80188增强了部分软硬件功能 80286增加了实存(24位地址)和虚拟存储器管理，可以在两种不同的模式下工作，一种叫实模式，另一种叫保护方式。80286开始正式采用一种被称为PGA的正方形包装。

英特尔80286

　　具有异常处理机制；虚拟86模式可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力。80386的广泛应用,将PC机从16位时代带入了32位时代。此外它还具有比80286更多的指令集。发布时，80386的最快速版本的主频为20MHz，具备6.0MIPs，包含275,000个晶体管。

 英特尔80386

　　1988年6月16日：80386SX发布，它是80386DX的廉价版本，只有16-bit总线宽度。

　　1989年4月，英特尔推出25MHz 486微处理器。1989年5月10日：我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。其实486就是80386+80387协处理器+8KB一级缓存,是超级版本的386。

英特尔486

　　1991年5月22日：80486DX的廉价版本80486SX发布，它和DX的区别是没有整合FPU。

Pentium浮出水面

　　1993年3月22日：全面超越486的新一代586 CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来对付芯片巨人，但是由于奔腾微处理器的性能最佳，英特尔逐渐占据了大部分市场。Pentum 处理器的性能接近主要的RISC CPU并兼容80x86，同时继承了长期积累下来的价值约500亿美元的庞大软件资源。

　　Pentium最初级的CPU是Pentium 60和Pentium 66，分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下，没有我们现在所说的倍频设置。

• 1994年3月7日：英特尔发布90和100MHz 的Pentium 处理器

• 1994年10月10日：英特尔发布75MHz 版本的Pentium 处理器

• 1995年3月27日：英特尔发布120MHz 的Pentium 处理器

• 1995年6月1日：英特尔发布133MHz 版本Pentium 处理器

Pentium Pro

　　英特尔推出Pentium Pro微处理器，采用了一种新的总线接口Socket 8。新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持。

　　1995年11月1日，英特尔推出了Pentium Pro处理器。Pentium Pro的工作频率有150/166/180和200MHz四种，都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存。它是基于Pentium完全相同的指令集和兼容性，达到了440 MIPs 的处理能力和5.5 M个晶体管。这几乎相当于比4004处理器的晶体管提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro采用了“PPGA” 封装技术。即一个256KB的二级缓存芯片与Pentium Pro芯片封装在一起，两个芯片之间用高带宽的内部总线互连，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。

　　例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是运行在200MHz，也就是工作在与处理器相同的频率上，这在当时可以算得上是CPU技术的一个创新。Pentium Pro的推出，为以后Intel推出PⅡ奠定了基础。

• 1996年1月4日：英特尔发布150&166 MHz Pentium 处理器，包括了越3.3M个晶体管

• 1996年10月6日：英特尔发布200MHz Pentium 处理器

Intel Pentium MMX

　　1997年1月8日：英特尔在1996年推出的Pentium系列的改进版本，内部代号P55C，也就是我们平常所说的Pentium MMX。Pentium MMX在原Pentium的基础上进行了重大的改进，增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存，4路写缓存以及从Pentium Pro、Cyrix而来的分支预测单元和返回堆栈技术，特别是新增加的57条MMX多媒体指令。

Intel Pentium II

　　MMX技术是Intel最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译成“多媒体扩展指令集”。使得Pentium MMX即使在运行非MMX优化的程序时也比同主频的Pentium CPU要快的多。57条MMX指令专门用来处理音频、视频等数据，这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间，使CPU拥有更强大的数据处理能力。MMX CPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时，处理多媒体的能力提高了60％左右。MMX技术开创了CPU开发的新纪元。

　　Pentium MMX系列的频率只有三种：166MHz、200MHz、233MHz，一级缓存从Pentium的16KB增加到了32KB，核心电压2.8v，倍频分别为2.5、3、3.5。插槽都是Socket 7。

Intel Pentium II

　　1997年4月7日 。英特尔发布了Pentium II处理器。内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。此时，英特尔 Pentium II架构已经从Socket 7转成Slot 1，并首次引入了S.E.C封装(Single Edge Contact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。Slot 1的Pentium II晶体管数为900万，并且具有两种版本的核心：Klamath与Deschutes。

• 1997年6月2日： Intel发布233MHz Pentium MMX

• 1998年2月：Intel 发布333MHz Pentium II处理器，开发代号为Deschutes，并且首次采用了0.25微米制造工艺，在低发热量的情况下提供比以前产品更快的速度。

　　1999年1月，英特尔推出奔腾III处理器，它采用0.25微米制造工艺，拥有32K一级缓存和512K二级缓存（运行在芯片核心速度的一半下），包含MMX指令和Intel自己的“ 3D”指令SSE，最初发行的PIII有450和500MHz两种规格，其系统总线频率为100MHz。此外其身份代码还可通过Internet读取。 

英特尔0.25微米Pentium III

　　1999年10月，Intel推出了基于0.18微米工艺制造的Pentium III处理器，这款Pentium III处理器有256K在二级高速缓存，代码名为Coppermine。Coppermine以733MHz登台。随着工艺尺寸从0.25微米减少到0.18微米，不仅提高了Pentium III处理器的时钟速度，也使的Intel在技术上能够推出了集成的二级高速缓存。虽然集成的二级高速缓存只有老式Pentium III处理器的一半，但在处理器全速下运行，性能仍有显著提高。

英特尔0.18微米Pentium III

　　其后Intel推出了Pentium III Xeon处理器。作为Pentium II Xeon的后继者，除了在内核架构上采纳全新设计以外，也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集，以更好执行多媒体、流媒体应用软件。除了面对企业级的市场以外，Pentium III Xeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。Intel还将Xeon分为两个部分，低端Xeon和高端Xeon。其中，低端Xeon和普通的Coppermine一样，仅装备256KB二级缓存，并且不支持多处理器。这样低端Xeon和普通的Pentium III的性能差距很小，价格也相差不多；而高端Xeon还是具有以前的特征，支持更大的缓存和多处理器。

• 2000年3月8日： Intel 限量供应1GHz Pentium III 处理器

　　2000年11月20日，英特尔正式发布了下一代处理器——奔腾4。这不仅仅是一款新产品的发布，它还标志着一个处理器新时代的开始，奔腾4可以说对英特尔至关重要。最早的Pentium 4使用的是SOCKET 423接口，后来转变为SOCKET 478接口，接下来又过渡到现金主流的LGA775接口。奔腾4处理器经过了几年的核心变迁，性能也获得了显著提升。

423接口Pentium 4

　　423接口Pentium4处理器原始代号为Willamette，采用0.18微米铝导线工艺，配合低温半导体介质（Low-Kdiclcctric）技术制成，是一颗具有超级深层次管线化架构的处理器。

423接口Pentium 4

　　Pentium 4处理器最主要的特点就是抛弃了Intel沿用了多年的P6结构，采用了新的NetBurst CPU结构 。NetBurst结构具有不少明显的优点：20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等等。

• 新的处理器系统总线（FSB）

　　英特尔近来在前端系统总线（FSB）方面一直不敌AMD：Pentium Ⅲ最高为133MHz的FSB和内存频率（外频）；而AMD雷鸟用的 是100MHz的内存频率（外频）和266MHz的FSB（类似于CPU倍频的方式来连接这两个频率）。

　　Pentium 4终于有了突破：虽然Pentium 4系统总线仅为100Mhz，并且也是64位数据宽度，但由于利用与 APG4X 相同的原理“四倍泵速”，因此可传输高达8位*100百万次/秒 *4=3,200MB/秒的数据传输速度。明显地远超过AMD公布的Athlon总线数据传输速度。Athlon总线速度为133Mhz，64位、2倍速，提供8 位 * 133 百万次/秒 * 2 =2,133 MB/秒的数据传输率。

　　这项特色使得Pentium 4传输数据到系统的其它部分比目前所有的 x86 处理器还快，也一并去除了 Pentium 3系统所遭受的瓶颈限制。不过，如果主存储器无法提供相对数据传输的话，这么快的处理器总线速度也是英雄无用武之地。因此，早期此处理器的芯片组850 就搭配了两条Rambus通道并使用昂贵的 RDRAM内存。这两个RDRAM通道能提供与Pentium 4系统总线(3,200MB/s)相同的数据频宽，这样的搭配将是理论上最完美的结合─提供处理器、系统与主存储器间最高的数据传输率，这也是最明显的优势之一。不过系统的整体系统的成本将会因为使用较昂贵的 RDRAM 而提高。

• 高速执行缓存

　　为了增加8KB的数据缓存，P4包含了一个执行跟踪缓存，可存储12K的微指令以帮助程序执行。这些指令不在主程序循环中执行，不被存储，从而大大提高了系统性能。

•  快速执行引擎

　　算术逻辑单元（ALU）以双倍的时钟速度运行，这让类似于加、减、逻辑与、逻辑或等基本运算的执行只用了1/2时钟。例如，1.5GHz的快速执行引擎其实是以3GHz在运算。

• 高级动态执行

　　高级动态执行是控制CPU执行顺序的动态单元。P4可以发出126条动态指令，使流水线完成48次载入和24次存储。与前一代的PⅢ处理器相比，它能够增加33%的预处理速度，还可以在缓存中存储更多的历史信息从而快速取出。

• 改进的浮点数运算和多媒体单元

　　P4的128位运算动态增加了运算单元，使得浮点数运算和多媒体表现都得到了较大的改进。

•  网络数据流单指令多数据扩展2（SSE2）

　　通过增加的144条新指令，SSE2具有更强多媒体增强指令和数据流单指令。这些特性包括一个128位单指令多数据整数运算和128位单指令多数据双精度浮点指令，这些指令减少了原有的指令执行数量，大大增加了执行速度。使得用户的视频、音频、图象处理、加密、财政、工程和科学应用都极大增强。SSE2可以提高多媒体的执行效率，特别是DVD/MP3/MPEG4的回放，可以最大效果地体现P4新指令集的威力。

　　总结：在理论上，Pentium 4是完美无缺，可是实际状况却远非英特尔想象的那么简单。第一代423针脚Pentium 4可以说是英特尔近几年内的最大失败。

Willamette核心构架

　　首先是P4耗电惊人，所以P4系统使用的主板被设计为电源的12V电压（ATX12），通过一个4脚的插座和3.3V、5V一起供给主板，另外还在20针电源接口的旁边另加了一个6针的辅助电源接口。

　　最致命的硬伤还是Willamette核心属于Pentium 4最早期的产品，因此它的发热量很大、频率提升困难，只从1.5GHz到1.8GHz。而且它的二级缓存只有256KB，超深的处理流水线使得总体性能并不理想，特别是对于超频用户来说，这类产品难以让人感到满意。

Northwood核心构架

　　因此英特尔很快就开发出了Northwood核心的产品，以满足消费者的需求。Northwood核心的Pentium 4采用0.13微米工艺制造，相比Willamette内核的处理器，其主频有了很大飞跃，二级缓存也从256K翻番到512KB。

奔腾4 3.0C

　　Northwood核心Pentium 4的第二个核心，因此核心面积减小了60％，可搭配512KB或2MB二级缓存，外频400MHz、533MHz或800MHz，支持SSE2指令集，集成5500万个晶体管，核心面积131平方毫米，使用铜来连接晶体管。

Prescott核心构架

　　Prescott核心是Pentium 4的第三个核心，生产工艺进一步升级为90纳米，可搭配512KB、1MB、2MB二级缓存，外频533MHz或800MHz，增加了SSE3指令集支持，激活曾1.25亿个晶体管，核心面积112平方毫米，使用铜来连接晶体管。

Pentium 4 506正面外观

　　而Prescott核心的Pentium 4采用了令人咋舌的31级流水线设计，配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存。

奔腾D805 CPU-Z截图

　　2005年第二季度，基于“Smithfield”双核心的英特尔Pentium 8XX处理器发布，而2006年英特尔又推出了新一代“presler”双核心9XX处理器。此时英特尔Pentium核心已经发展到了颠峰。

2.8GHz双核心的Pentium D 820处理器

　　Pentium 8XX处理器采用90纳米工艺生产，支持800MHz前端总线和EM64T技术，配备2MB二级缓存(每个核心1MB)，并沿用目前奔腾4的LGA 775封装。不过，奔腾D 8系列并不支持超线程技术，只能用两个核心实现两个进程。

双核心奔腾D930处理器

　　据英特尔透露，奔腾D 8XX使用的“Smithfield”双核心架构实际就是两个LGA 775奔腾4使用的Presscott 1MB(指二级缓存容量)核心的整合，这使得它总的核心面积扩大到了206平方毫米，集成的晶体管数量也高达2.3亿个，由于双核心4线程(每个核心都通过超线程技术支持两个线程)的设计比更高频率单核心的设计性能更好，因此奔腾D 8XX的时钟频率设定都比目前单核心奔腾4低，这种做法也可以尽量降低能耗。

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