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发信人: folmorse (◆金瓶楼主◆), 信区: Hardware
标  题: CPU将奔向哪里……
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月30日13:24:10 星期五), 站内信件


CPU将奔向哪里……
（作者：王琰　2000年06月27日 14:03）
引言
纵观微处理器近三十年的发展历史头二十年可以说是Intel的时代。每隔七八年，处理
器位数会有一个较大的飞跃。如1971年第一片4位微处理器4004，1978年16位处理器808
6，1985年32位处理器80386。
1993年Pentium处理器面世。由于采用了一系列新技术，使得它的速度比80486快了几倍
。特别是近几年，差不多每年都有新技术出现，1997年，Pentium MMX的57条MMX指令，
PⅡ的SLOT1插槽技术；1998年，K6-2的3D NOW！技术；1999年，PⅢ的SSE指令集，采用
200MHz外频、SLOT A接口的K7，使得CPU的运算速度越来越快。
2000年，Intel计划推出主频在1.3GHz以上的Willamette;更高主频的Celeron；而AMD
也将推出用来对付Willamette的Thunderbird，用来对付Ttanium的Duron。未来的CPU市
场不知还能斗出什么新花样。
CPU的全称是"Central Processing Unit"，即中央处理器，它担负着解释执行各种指令
、完成各种数学和逻辑运算的任务，是计算机最重要的核心部件。CPU的种类很多，从超
级计算机到普通家用电器，而本文所要介绍的是PC机使用的80x86系列CPU。
CPU的发展简史
CPU已有近三十年的历史，它的诞生和发展都与Intel公司有着密切的关系。1971年，In
tel推出第一片4位微处理器4004。1978年，Intel首次推出16位处理器8086，这是80x86
系列CPU的鼻祖。8086的内部和外部数据总线都是16位，地址总线为20位，可访问1MB内
存。1979年，Intel又推出8086的姊妹芯片8088，它与8086不同的是外部数据总线为8位
。很快Intel就在8086/8088上取得了巨大成功，因为IBM准备选用它来制造著名的IBM P
C。随着1981年IBM PC的正式推出，一个全新的个人计算机时代开始了，Intel从此成为
CPU行业的霸主。
1982年，Intel推出了80286，该芯片仍然为16位结构，但地址总线扩展到24位，可访问
16MB内存，其工作频率也较8086提高了许多。为了能够运行为8086编写的软件，80286向
后兼容8086的指令集和工作模式（实模式），并增加了部分新指令和一种新的工作模式
--保护模式。Intel随后推出的80x86系列CPU都保持了向后兼容的特点。
1985年，Intel又推出了32位处理器80386，该芯片的内外部数据总线及地址总线都是32
位，可访问4GB内存，并支持分页机制。除了实模式和保护模式外，80386又增加了一种
"虚拟8086"的工作模式，可以在操作系统控制下模拟多个8086同时工作。80386的保护模
式得到了真正意义上的应用：支持以增强模式运行Windows 3.X操作系统。80386引入的
IA-32结构一直延续到了目前的PⅢ处理器。
在80386成功的基础上，Intel于1989年推出了80486。早期的80486相当于把80386和完成
浮点运算的数学协处理器80387以及8kB的高速缓存集成到一起，这种片内高速缓存称为
一级（L1）缓存，80486还支持主板上的二级（L2）缓存。Intel陆续推出了多种型号的
80486，工作频率从早期的25MHz逐步提高到33MHz、40MHz和50MHz，并且后期推出的804
86 DX2首次引入了倍频的概念，这有效地缓解了外部设备的制造工艺跟不上CPU主频发展
速度的矛盾。
80486有力地促进了PC机的推广和应用，Intel由此获得的垄断利润颇为丰厚，此时，CP
U市场的高额利润也吸引了其它厂商，AMD、Cyrix、TI、UMC等厂商开始生产兼容80386/
80486的芯片，并用低价手段来抢占市场，从此引发的CPU大战不仅为用户带来了实惠，
也推动了技术的快速进步。
CPU的奔腾时代
面对越来越激烈的竞争，Intel于1993年推出了新一代高性能处理器Pentium（奔腾），
之所以称其为Pentium而不是80586，是因为Intel想通过注册商标来防止别的厂商使用相
同的名字。Pentium最大的改进是它拥有超标量结构（支持在一个时钟周期内执行一至多
条指令），并且一级缓存增加到了16kB，这些改进大大提升了CPU的性能，使得Pentium
的速度比80486快数倍。除此之外，Pentium还带给人们一项额外惊喜：它具有良好的超
频性能，即多数Pentium都允许人们设置超过其标称值的外频及倍频数，把一个低主频C
PU当作高主频CPU来使用，使得花费较低的代价可获得较高的性能。
在这一时期，AMD和Cyrix推出了与Pentium兼容的处理器K5和6x86，但是由于这些产品的
浮点性能不如Pentium，超频性能不强，并且主频始终跟在Intel后面跑，因此只获得了
少部分市场份额。
Intel推出Pentium之后，又瞄上了高端市场，于1996年推出了Pentium Pro（高能奔腾）
。该芯片具有两大特色，一是片内封装了与CPU同频运行的256kB或512kB二级缓存；二是
支持动态预测执行，可以打乱程序原有指令顺序，按照优化顺序同时执行多条指令，这
两项改进使得Pentium Pro的性能又有了质的飞跃。不过，Pentium Pro是为32位操作系
统设计的，16位性能并不出色，加上当时的成品率太低导致其价格居高不下，因此它并
没有流行起来。
1997年初，Intel发布Pentium的改进型号——Pentium MMX（多能奔腾），它将一级缓存
提高到了32kB，同时增加了57条MMX（多媒体扩展）指令，有效地增强了CPU处理音频、
图像和通信等多媒体应用的能力。
兼容CPU厂商在这段时间也不甘寂寞，相继推出了多款产品来与Pentium MMX竞争，其中
最具代表性的要数AMD的K6。K6也支持MMX指令集，拥有64kB一级缓存，整数性能相当优
秀，超过了同主频的Pentium MMX，甚至逼近PⅡ。但K6并没有解决浮点性能差的问题，
在图形、图像、游戏等应用中的表现不尽如人意。不过，AMD凭借低价策略仍然取得了不
小的成就，K6在当时的低端市场成功地占据了优势。
　　图１　具有Socket 370插座的赛扬
此时，Intel首先想到的是在技术上与对手拉开距离，它于1997年推出了PⅡ。从某种意
义来说，PⅡ是对Pentium Pro的改进，因为其核心结构与Pentium Pro类似，但加快了1
6位指令的执行速度，并且支持MMX指令集。PⅡ的一级缓存是Pentium Pro的两倍，达32
kB，二级缓存为256kB，但没有封装在CPU内部，而是与CPU一起安装在一块电路板上，工
作频率只有CPU的一半。从PⅡ开始，Intel锁定了CPU的倍频数，因此只能依靠提高外频
来超频。
PⅡ采用单边插接卡的封装形式，通过Slot 1接口插在主板上。Slot 1接口是Intel的专
利，Intel放弃Pentium的Socket 7接口，是刻意想尽快淘汰Socket 7。但Intel低估了低
价PC的市场潜力，AMD和Cyrix对Socket 7进行了改进，并努力开拓低价PC市场，成功地
延长了Socket 7的生命周期。
看着低端市场一天天被吞食，Intel终于坐不住了，于1998年推出了赛扬（Celeron），
其特点是去掉了PⅡ的二级缓存以及其它可以省略的东西，从而将价格降下来。早期的赛
扬没有二级缓存，性能较同频率的PⅡ下降了许多，但正因为没有二级缓存，其超频性能
反而不错，某些生产批次的赛扬可以超到外频100MHz甚至更高。市场对早期的赛扬褒贬
不一，Intel知道问题就出在二级缓存上，随后便从赛扬300A开始加入了128kB二级缓存
，这样赛扬的性能就与PⅡ很接近了，而价格要低得多，Intel依赖赛扬收复了低端市场
的大片失地。
Intel祭起赛扬大法之后，AMD不失时机地推出了带3DNow!技术的K6-2。3DNow!是AMD受M
MX启发而开发的一组新指令，该技术可以有效地提高三维图形、多媒体等应用的性能，
使得K6-2的浮点运算性能有了较大的提高。
Intel的步伐没有停下，1999年又推出了开发代号为Coppermine的PⅢ，该芯片加入了引
起争议的CPU序列号功能，支持SSE（Streaming SIMD Extensions，单一指令多数据流扩
展）指令集，这是针对MMX的弱点和3DNow!设计的70条新指令，它可以大大加强CPU在三
维图像和浮点运算方面的能力。PⅢ的外频为100MHz或133MHz，二级缓存为256kB，且以
CPU的主频全速运行，较新的型号采用0.18微米工艺制造，因而PⅢ的性能相当不错，是
Intel目前主推的中高端产品。
　　图2　采用3D Now!技术的K6-2
今年3月底，Intel又推出了566MHz和600MHz的赛扬Ⅱ（也叫Coppermine-128kB），它采
用Coppermine内核，使用0.18微米工艺制造，支持MMX和SSE指令集，但二级缓存只有12
8kB，外频仅为66MHz。Intel把赛扬Ⅱ的二级缓存与CPU之间的通道扩展到256位，因此赛
扬Ⅱ的性能较旧赛扬有显著提升。
到目前为此，赛扬已经经历了几次更新换代。第一代为没有二级缓存的赛扬266和300，
第二代为带128kB二级缓存的赛扬300A、333A、…、533，中间又将Slot 1接口改为了So
cket 370接口（类似于Socket 7，有370个针脚，与Socket 7不兼容），第三代为赛扬Ⅱ
，它们为Intel抢回低端市场立下了汗马功劳。
1999年，AMD又有了惊人之举，它推出了引起轰动效应的K7（Athlon），这是AMD首次领
先于Intel推出新一代CPU。K7采用了Slot A接口和Digital的EV6总线协议，外频为200M
Hz，内部有3个并行X86指令解码器、3个超标量乱序整数管道和3个超标量乱序多媒体管
道，一级缓存达12kB，片内没有二级缓存，但支持主板上的512kB到8MB二级缓存。K7支
持MMX和3DNow!，它不仅有优秀的整数运算和多媒体运算能力，而且浮点性能也首次大幅
度超过了PⅢ。K7的缺点是目前适合的主板较少，且存在一定的兼容性问题，如果AMD能
够迅速解决这些不足，相信K7的前途不可限量。
未来更精彩
由于K7的内核比Intel自Pentium Pro就开始使用的P6内核先进，PⅢ在K7面前完全没有了
速度优势，Intel只得对P6内核进行彻底的调整，宣布将于今年底推出代号为“Willame
tte”的新型CPU，该芯片的起始主频就在1.3GHz以上，Intel把它的SIMD运算单元扩展到
128位，改进了浮点单元的寄存器，并且支持SSE2指令集，是专门为了对付K7而设计的。

在低端市场上，Intel将继续推出更高主频的赛扬，并准备于今年下半年发布基于赛扬内
核、集成了显示芯片和北桥芯片的整合型CPU“Timna”。此外，Intel和HP正在合作开发
64位CPU“Itanium”，该芯片将具有全新的64位结构，不过它还不会很快上市。
AMD也有自己的发展计划，它准备了采用K7内核、拥有128kB全速二级缓存的Duron（最初
叫Spitfire，烈火）来对付赛扬Ⅱ，带512kB全速二级缓存、使用0.18微米工艺和铜导线
技术制造的Thunderbird（雷鸟）来对付Willamette，还有64位结构的Sledgehammer来对
付Itanium。
Intel、AMD、Cyrix、IDT等X86系列CPU厂商之间的竞争还将长期持续下去，并为我们带
来更多可供选择的CPU产品，这对广大消费者来说无疑是一件好事。

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