处理器发展的历史：80年代末-2000年代初

第一篇文章的主题是20世纪末至21世纪初处理器发展的历史。

80年代的许多处理器都使用CISC架构（复杂指令集计算）。芯片非常复杂且昂贵，并且生产率不足。需要使生产现代化并增加晶体管的数量。

RISC体系结构

1980年，由美国工程师David Patterson和Carlo Sequin领导的伯克利RISC项目启动了。 RISC（受限指令集计算机）-由于简化了指令，因此处理器速度有所提高。



伯克利RISC项目经理-David Patterson和Carlo Sequin

经过几年的卓有成效的工作，市场上出现了一些带有减少指令集的处理器样品。 RISC平台的每条指令都很简单，并在一个周期内执行。还有更多通用寄存器。另外，使用了具有简化指令的流水线技术，从而可以有效地提高时钟频率。

RISC I于1982年发布，包含超过44,420个晶体管。他只有32条指令，工作频率为4 MHz。下一个RISC II由40,760个晶体管组成，使用了39条指令，并且速度更快。



RISC II

处理器MIPS处理器：R2000，R3000，R4000和R4400

MIPS处理器（无互锁流水线级的微处理器）的体系结构提供了晶体中辅助单元的存在。 MIPS使用扩展的传送带。

1984年，由美国科学家John Hennessey领导的一组研究人员成立了一家设计微电子设备的公司。 MIPS已为智能家居设备，网络和移动应用程序提供了许可的微处理器体系结构和IP内核。 1985年，公司发布了第一款产品-32位R2000，该产品于1988年在R3000中完成。更新后的模型支持多处理，指令缓存和数据缓存。该处理器已在不同公司的SG系列工作站中找到了应用。 R3000也成为Sony PlayStation游戏机的基础。



R3000处理器

1991年，新一代R4000系列发布。该处理器具有64位体系结构，集成协处理器，并以100 MHz的时钟频率工作。内部缓存为16 KB（8 KB缓存指令和8 KB缓存数据）。

一年后，该处理器的修改版-R4400发布了。在此模型中，缓存已增加到32 KB（16 KB缓存命令和16 KB缓存数据）。处理器可以在100 MHz-250 MHz的频率下运行。

MIPS处理器：R8000和R10000

1994年，出现了第一款采用MIPS架构的超标量实现的处理器R8000。数据缓存的容量为16 KB。该CPU具有很高的数据访问带宽（高达1.2 Gb / s），并具有很高的运算速度。频率达到75 MHz-90 MHz。使用了六个电路：用于整数指令的设备，用于浮点指令的设备，三个辅助RAM高速缓存描述符和ASIC高速缓存控制器。



R8000处理器

1996年，发布了修订版-R10000。该处理器包括32 KB的数据和指令主缓存。 CPU的工作频率为150 MHz-250 MHz。

在90年代后期，MIPS开始销售32位和64位MIPS32和MIPS64体系结构的许可证。

SPARC处理器

开发了可伸缩体系结构SPARC（Scalable Processor ARChitecture）的Sun Microsystems加入了处理器行列。第一个同名处理器于80年代末发布，被称为SPARC V7。它的频率达到14.28 MHz-40 MHz。

1992年，出现了下一个称为SPARC V8的32位版本，在此基础上创建了microSPARC处理器。时钟频率为40 MHz-50 MHz。

德州仪器（TI），富士通（Fujitsu），飞利浦（Philips）和其他公司与Sun Microsystems合作开发了下一代SPARC V9架构。该平台扩展到64位，并具有9级流水线的超标量。 SPARC V9提供了对第一级缓存的使用，分为一级指令和数据（每个容量为16 KB），以及第二级缓存，容量为512 KB-1024 KB。



UltraSPARC III

处理器StrongARM处理器

1995年，启动了一个项目来开发实现ARM V4指令集的StrongARM微处理器系列。这些CPU是具有5级流水线的经典标量体系结构，包括内存控制单元，并支持每个16 KB的指令和数据缓存。



StrongARM SA-110

早在1996年，第一款基于StrongARM的处理器-SA-110就已发布。他以100 MHz，160 MHz或200 MHz的时钟频率工作。

SA-1100，SA-1110和SA-1500型号也进入了市场。



Apple MessagePad 2000

POWER，POWER2和PowerPC处理器中的SA-110处理器

1985年，IBM作为美国项目的一部分，开始开发下一代RISC架构。 POWER处理器（具有增强型RISC的性能优化）的开发及其指令集历时5年。它具有很高的生产力，但是包含11种不同的芯片。因此，在1992年，发布了适用于一个芯片的另一个处理器版本。



芯片组电源

1991年，IBM，苹果和摩托罗拉联盟开发了PowerPC体系结构（简称PPC）。它由POWER平台的一组基本功能组成，还支持两种模式的工作，并且与64位版本的32位操作模式向后兼容。主要目的是个人计算机。

在Macintosh上使用了PowerPC 601处理器。



PowerPC处理器

1993年，POWER2引入了扩展的指令集。处理器时钟速度范围为55 MHz至71.5 MHz，数据和指令的高速缓存为128-256 Kb和32 Kb。处理器微电路（有8个）包含2300万个晶体管，并使用0.72微米CMOS技术制造。

1998年，IBM发布了完全符合PowerPC标准的第三系列64位POWER3处理器。

在2001年到2010年之间，发布了POWER4模型（最多八个并行运行命令），双核POWER5和POWER6以及四到八个核POWER7模型。

Alpha 21064A处理器

1992年，数字设备公司（DEC）推出了Alpha 21064（EV4）处理器。它是具有流水线架构的64位超标量晶体，时钟频率为100 MHz-200 MHz。使用0.75微米工艺技术和外部128位处理器总线进行制造。缓存为16 KB（8 KB数据和8 KB指令）。

该系列的下一个型号是处理器21164（EV5），该处理器于1995年发布。他拥有两个整数块，并且已经计算了三级高速缓存（处理器中的二级，第三级是外部）。第一级的高速缓存分为数据高速缓存和每个8 KB的指令高速缓存。第二级的缓存量为96 Kb。处理器时钟速度范围为266 MHz至500 MHz。



DEC Alpha AXP 21064

1996年，Alpha 21264（EV6）处理器推出了采用15.2微米工艺技术制造的1520万个晶体管。它们的时钟频率范围为450 MHz至600 MHz。整数块和加载/保存块组合到单个Ebox模块中，浮点块组合到Fbox模块中。一级缓存保留了用于指令和数据的内存分配。每个部分的体积为64 Kb。第二级的缓存量从2 MB到8 MB。

1999年，DEC被Compaq收购。结果，大部分使用Alpha的产品已转移到API NetWorks，Inc.。

英特尔P5和P54C处理器

根据Vinod Dham的布局，开发了代号为P5的第五代处理器。 1993年，CPU以Pentium的名称投入生产。

P5核心处理器是使用800纳米工艺技术和双极BiCMOS技术制造的。它们包含310万个晶体管。奔腾具有64位数据总线，超标量体系结构。程序代码和数据有单独的缓存。使用了16 KB的第一级缓存，分为2个段（8 KB用于数据，8 KB用于指令）。首批型号的频率为60 MHz-66 MHz。



英特尔奔腾处理器

同年，英特尔推出了P54C处理器。新处理器的生产已转移至0.6微米工艺技术。处理器速度为75 MHz，自1994年以来为90 MHz和100 MHz。一年后，P54C（P54CS）的体系结构转移到了350纳米工艺技术，时钟频率增加到200 MHz。

在1997年，P5收到了最新的更新-P55C（奔腾MMX）。已经出现了对MMX（MultiMedia eXtension）指令集的支持。该处理器由450万个晶体管组成，并使用先进的280纳米CMOS技术制造。第一级的高速缓存增加到32 Kb（数据为16 Kb，指令为16 Kb）。处理器频率达到233 MHz。

AMD K5和K6处理器

1995年，AMD发布了K5处理器。该体系结构是RISC核心，但是可以处理复杂的CISC指令。处理器采用350或500纳米工艺技术制造，具有430万个晶体管。所有K5都有5个整数块和1个浮点块。指令缓存为16 KB，数据为8 KB。处理器时钟速度范围为75 MHz至133 MHz。



AMD K5处理器

以商品名K5，生产了两个版本的SSA / 5和5k86处理器。第一次工作在75 MHz至100 MHz的频率上。 5k86处理器的工作频率为90 MHz至133 MHz。

1997年，该公司推出了K6处理器，其架构与K5明显不同。这些处理器采用350纳米工艺技术制造，包括880万个晶体管，支持指令顺序的更改，一组MMX指令和一个浮点块。晶体面积为162平方毫米。第一级的高速缓存总计64 Kb（32 Kb数据和32 Kb指令）。该处理器的工作频率为166 MHz，200 MHz和233 MHz。系统总线频率为66 MHz。

1998年，AMD发布了具有改进的K6-2架构的芯片，其中有930万个晶体管使用250纳米工艺技术制造。最大芯片频率为550 MHz。



AMD K6处理器

1999年，第三代产品发布-K6-III架构。晶体保留了K6-2的所有功能，但同时出现了一个内置的二级缓存，容量为256 KB。一级缓存的容量为64 Kb。

处理器AMD K7

在同一个1999年，K6被K7处理器取代。它们是使用250nm技术和2200万个晶体管生产的。 CPU具有新的整数单位（ALU）。 EV6系统总线在时钟信号的两个边沿上都提供数据传输，这使得有可能在100 MHz的物理频率下获得200 MHz的有效频率。第一级的高速缓存为128 Kb（64 Kb指令和64 Kb数据）。第二级缓存达到512 Kb。



AMD K7处理器

不久之后，基于猎户座核心的晶体出现了。它们是根据180纳米工艺技术生产的。

Thunderbird内核版本对处理器进行了不寻常的更改。第二级缓存直接转移到处理器内核，并以相同的频率工作。高速缓存的有效容量为384 KB（第一级为128 KB高速缓存，第二级为256 KB高速缓存）。系统总线的时钟频率已增加-现在它以133 MHz的频率运行。

英特尔P6处理器P6

体系结构在1995年取代了P5。该处理器是超标量的，支持按操作顺序进行更改。处理器使用双独立总线，从而显着增加了内存带宽。

在同一年的1995年，推出了下一代Pentium Pro处理器。这些晶体的工作频率为150 MHz-200 MHz，第一级具有16 KB的缓存，第二级具有1 MB的缓存。



英特尔奔腾Pro处理器

1999年，第一批奔腾III处理器问世。它们基于新一代的称为Katmai的P6内核，这是Deschutes的修改版本。对SSE指令的支持已添加到内核，并改进了处理内存的机制。 Katmai处理器的时钟频率达到600 MHz。

2000年，首批具有Willamette内核的Pentium 4处理器发布了。系统总线的有效频率为400 MHz（物理频率-100 MHz）。第一级的高速缓存达到8 KB的容量，第二级的高速缓存达到256 KB。

该系列的下一个核心是Northwood（2002）。这些处理器包含5500万个晶体管，并使用具有铜化合物的新型130纳米CMOS技术制造。系统总线频率为400 MHz，533 MHz或800 MHz。



英特尔奔腾4

2004年，处理器的生产再次转移到更微妙的技术标准-90纳米。奔腾4在Prescott核心上发布。第一级数据的缓存增加到16 Kb，第二级数据的缓存达到1 MB。时钟频率为2.4 GHz-3.8 GHz，系统总线的频率为533 MHz或800 MHz。

奔腾4处理器中使用的最后一个内核是单核Cedar Mill。由新工艺技术生产-65 nm。有四种型号：631（3 GHz），641（3.2 GHz），651（3.4 GHz），661（3.6 GHz）。

Athlon 64和Athlon 64 X2处理器

2003年底，AMD发布了新的64位K8架构，该架构基于130纳米工艺技术。该处理器具有集成的内存控制器和HyperTransport总线。她的工作频率为200 MHz。新的AMD产品称为Athlon64。处理器支持许多指令集，例如MMX，3DNow！，SSE，SSE2和SSE3。



Athlon 64处理器

2005年，称为Athlon 64 X2的AMD处理器进入市场。这些是第一个双核台式机处理器。该模型基于在单晶上制造的两个核心。他们有一个公共的内存控制器，一个HyperTransport总线和一个命令队列。



Athlon 64 X2处理器

2005 2006 AMD : 90- Manchester, Toledo Windsor, 65- Brisbane. - .

Intel Core

Pentium M , NetBurst. Core, 2006 . Intel Core 2 Extreme QX6700 2.67 8 - .

英特尔第一代移动处理器的代号为Yonah。它们采用基于Banias / Dothan Pentium M架构的65 nm工艺技术制造，并附加了LaGrande保护技术。处理器每个时钟周期最多可处理四个指令。 Core重新设计了用于处理128位指令SSE，SSE2和SSE3的算法。如果在以两种措施处理每个命令之前，现在仅需要一项措施进行操作。



英特尔酷睿2至尊QX6700

2007年，采用无铅Hi-k金属栅极的45nm Penryn微体系结构问世。该技术已在Intel Core 2 Duo处理器家族中使用。该体系结构中增加了对SSE4指令的支持，并且双核处理器第二级的最大缓存量从4 MB增加到6 MB。



处理器AMD Phenom II X6

在2008年，下一代架构Nehalem发布了。处理器购买了一个集成的内存控制器，该控制器支持2个或3个DDR3 SDRAM通道或4个FB-DIMM通道。代替了FSB总线，而是使用了新的QPI总线。 2级缓存减少到每个内核256 KB。



英特尔酷睿i7

很快，英特尔将Nehalem架构迁移到了新的32纳米制程技术上。这一系列处理器称为Westmere。
这种新的微体系结构的第一个模型是Clarkdale，它具有两个核和一个集成的图形核，它们是由45纳米工艺技术生产的。

处理器AMD K10 AMD

公司试图与Intel保持同步。在2007年，她发布了x86-K10微处理器体系结构。四个处理器内核组合在一个芯片上。除了第一级和第二级缓存外，K10型号最终还获得了2 MB的L3。第一级的数据和指令的缓存分别为64 Kb，第二级的缓存为512 Kb。对DDR3内存控制器的支持也很有希望。 K10使用了两个64位控制器。每个处理器内核都有一个128位浮点模块。最重要的是，新处理器通过HyperTransport 3.0接口工作。

2007年，AMD的台式机PC Phenom多核CPU随K10架构一起发布。基于K10的解决方案是使用65纳米和45纳米工艺技术生产的。在新版本的体系结构（K10.5）中，内存控制器与DDR2和DDR3内存一起使用。



AMD Phenom处理器

2011年，发布了新的Bulldozer架构。每个模块包含两个具有自己的整数块和1级高速缓存的内核。受支持的高速缓存是8 MB的第三级，HyperTransport 3.1总线，用于提高第二代Turbo Core内核和指令集AVX，SSE 4.1，SSE 4.2，AES的频率的技术。推土机处理器还配备了有效频率为1866 MHz的双通道DDR3内存控制器。



AMD推土机处理器

2013年，该公司推出了下一代处理器-PILEDRIVER。该模型是Bulldozer的改进体系结构。分支预测块已得到完善，浮点和整数计算模块的性能以及时钟速度均得到提高。

纵观历史，您可以追溯处理器的开发阶段，其架构的变化，开发技术的改进等等。现代CPU与以前的CPU不同，但同时它们具有共同的功能。