PC处理器发展史

CPU(Central processing Unit)，又称“微处理器(Microprocessor)”，是现代计算机的核心部件。对于PC而言，CPU的规格与频率常常被用来作为衡量一台电脑性能强弱重要指标。

CPU的起源可以一直追溯到1971年。在那一年，当时还处在起步阶段的Intel公司推出了世界上第一颗微处理器4004。这不但是第一个用于计算器的4位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器！

　　4004含有2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，当时的蓝色巨人 IBM以及大部分商业用户对此不屑一顾。但它毕竟是划时代的产品，从此以后，INTEL便与微处理器结下了不解之缘。可以这么说，CPU的历史发展历程一 定意义上也就是Intel公司x86系列CPU的发展历程。

4004处理器核心架构图

4004的样子很像小虫子

不同版本的4004

再来一张4004

　　在4004发布后不久，英特尔连续发布了几款CPU：4040、8008，但市场反响平平，不过却为开发8位微处理器打下了良好基础。

Intel 8008处理器

　　1974年，英特尔公司又在8008的基础上研制出了8080处理器、拥有16位 地址总线和8位数据总线，包含7个8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL组合可组成16位数据寄存器)，支持16位内存，同时它 也包含一些输入输出端口，这是一个相当成功的设计，还有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。

8080处理器

8085处理器 采用了DIP封装

i8086芯片 16位运算开始

　　1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086，同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集，但在i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等的数学计算指令。

Intel 8086处理器

8086的芯片内核

8086协处理器：8087

AMD仿制的8086处理器

　　以技术的观点来看，8088其实是8086的一个简版，其内部指令是16位的，但 是外部是8位数据总线；相对于8086内部数据总线（CPU内部传输数据的总线）、外部数据总线（CPU外部传输数据的总线）均为16位，地址总线为20 位，可寻址1MB内存的规格来说，是稍差了一点，但是已经足以胜任DOS系统和当时的应用程序了。

　　在4004、8008、8086、8088等最古老的CPU中DIP封装（双列直插封装）得到了广大的应用，最大的特点是有两排引脚可以插到主板上的DIP芯片插座或焊接在相同焊孔数的几何焊位中。

8088处理器 IBM PC的御用之选

　　故事转眼就到了1982年。这一年，Intel推出了划时代的最新产品80286 芯片，该芯片比8086和8088都有了飞跃的发展，虽然它仍旧是16位结构，但是在CPU的内部含有13.4万个晶体管，时钟频率由最初的6MHz逐步 提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位，可寻址16MB内存。从80286开始，CPU的工作方式也演变出两种来：实模式和 保护模式。

Intel 80286芯片

80286的芯片内核

这是AMD的286芯片

80386 迈进32位处理年代

　　1985年Intel推出了80386芯片，它是80x86系列中的第一种32位微处理器，而且制造工艺也有 了很大的进步。与80286相比，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz。 80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。

Intel 80386芯片

80386的芯片内核

AMD的386芯片

　　1989年，我们大家耳熟能详的80486芯片由Intel推出，这种芯片的伟大之处就在于它实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。

　　80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并且在80x86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。

Intel 80486芯片

80486的芯片内核

AMD的80486 CPU，这是DX40，主频40MHZ

经典的486 DX66处理器，相信有不少玩家用过

Pentium诞生 MMX引导新潮流

　　Intel的第一代品牌CPU，Pentium，中文名称“奔腾”，采用PGA（Pin Grid Array Package，格栅阵列封装）封装方式，Socket 5/7接口。

Pentium 75，老玩家不会忘记吧

Pentium的芯片内核

AMD推出的仿制品5x86－P75，
仍基于486架构，Socket 5接口

AMD的K5处理器

　　Intel将处理器命名为Pentium后，AMD为自己的新款处理器命名为K5，并且采用了PR值来标注CPU。

　　稍后Intel推出了Pentimu Pro（中文名称“高能奔腾”），尽管性能不错，但远没有达到抛离对手的程度。加上价格十分昂贵，因此Pentimu Pro实际上出售的数目非常至少，市场生命也非常的短。Pentimu Pro可以说是Intel第一个失败的产品，但Pentium Pro的设计思想和总体架构却对Intel此后的处理器设计造成了深远的影响。

失败的Pentium Pro

Pentium Pro的芯片内核

　　吸取了奔腾Pro的教训，Intel在1996年底推出了奔腾系列的改进版本，厂家代号P55C，也就是我们平常所说的奔腾MMX（中文名称“多能奔腾”）。这款处理器并没有集成当时卖力不讨好的二级缓存，而是独辟蹊径，采用MMX指令集来增强性能。

Intel奔腾MMX处理器

Pentium MMX，支持多媒体技术的奔腾

　　在Intel推出奔腾MMX的几个月后，AMD也推出了自己研制的新产品K6。 K6系列CPU一共有五种型号（PR值），分别是166/200/233/266/300，五种型号都采用了66MHz外频，但是后来推出的 233/266/300已经可以通过升级主板的BIOS而支持100MHz外频，所以CPU的性能得到了一个飞跃。

　　特别值得一提的是他们的一级缓存都提高到了64KB，比MMX足足多了一倍，因此它的商业性能甚至还优于奔腾MMX，但由于浮点运算能力低下，又缺少了多媒体扩展指令集这道杀手锏，K6在包括游戏在内的多媒体性能上要逊于奔腾MMX。

AMD的K6处理器

AMD K6/300

经典奔腾2 勿忘Celeron出现

　　1997年5月，Intel又推出了和奔腾Pro同一个级别的产品，也就是影响力最大的CPU——奔腾Ⅱ（Pentium Ⅱ）。第一代奔腾Ⅱ核心称为Klamath。

　　作为奔腾Ⅱ的第一代芯片，它运行在66MHz总线上，主频分233MHz、266MHz、300MHz、 333MHz 4种，接着又推出100MHz总线的奔腾Ⅱ，频率有300MHz、350MHz、400MHz、450MHz。奔腾II采用了与奔腾Pro相同的核心架 构,从而继承了原有奔腾 Pro处理器优秀的32位性能，但它加快了段寄存器写操作的速度，并增加了MMX指令集以加速16位操作系统的执行速度。

经典的奔腾Ⅱ处理器

奔腾Ⅱ的芯片内核

　　为了对抗不可一世的奔腾Ⅱ，在1998年中，AMD推出了K6-2处理器，它的核心电压是2.2伏特，所以发热量比较低，一级缓存是64KB，更为重要的是，为了抗衡Intel的MMX指令集，AMD也开发了自己的多媒体指令集，命名为3DNow！。

　　不过和奔腾Ⅱ相比，K6-2仍然没有集成二级缓存，因此尽管广受好评，但始终没有能在市场占有率上战胜奔腾Ⅱ。

AMD K6-2处理器

AMD K6-2 300MHz

　　1999年，英特尔发布了Celeron（赛扬）处理器。简单的说， Celeron与Pentium II并没有本质上的不同，因为它们的内核是一样的，最大的区别在于高速缓存上。最初的Celeron是没有二级缓存的，目的是降低成本来夺取低端市场的份 额，就像当年在386、486的基础上，制造386SX、486SX简化版的做法一样。

Intel Celeron处理器

　　为了降低成本，Intel推出了采用PPGA（塑料格栅阵列）封装的Socket 370接口赛扬处理器。

Socket 370封装的Celeron

　　有着良好超频性和极佳性价比的赛扬处理器基本上将低端市场蚕食殆尽，AMD开发出来的准备用来对抗Pentium 3的K6-3也因性能平平而陷入困境！

AMD K6-3处理器

对抗奔腾3 Athlon成就AMD

　　然而AMD并没有停止脚步，一个更强大的秘密武器要出笼了。Athlon处理器的发布使得AMD彻底摆脱了跟在Intel后面走的阴影，至此AMD开始了完全独立自主设计研发处理器的道路，并且第一次在主频上超越了Intel。

对于AMD来说意义巨大的Athlon处理器

再来一张裸体的Athlon处理器

AMD K7 Athlon(0.25μm) Processor 部分参数
主频	504 MHZ
多媒体指令集	AMD Extended 3DNow! Technology
CPU一级数据缓存	64KB, 2 Way, 32 byte lines
CPU二级缓存	512KB, 2 Way, 64 byte lines
处理器版本	Level 6 Rev. 1.2

　　1998年英特尔发布了Pentium II Xeon（至强）处理器。Xeon是英特尔引入的新品牌，取代之前所使用的Pentium Pro品牌。这个产品线面向中高端企业级服务器、工作站市场，是Intel进一步区格市场的重要步骤。Xeon主要设计来运行商业软件、因特网服务、公司 数据储存、数据归类、数据库、电子，机械的自动化设计等。

　　Pentium II Xeon处理器不但有更快的速度，更大的缓存，更重要的是可以支持多达4路或者8路的SMP对称多处理器功能。

Intel奔腾Ⅱ Xeon处理器

　　1999年初，Intel发布了第三代的奔腾处理器——奔腾III （Pentium Ⅲ），第一批的奔腾III 处理器采用了Katmai内核，主频有450MHz和500MHz两种。这个内核最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集，这个指令集在MMX的基础 上添加了70条新指令，以增强三维和浮点应用，并且可以兼容以前的所有MMX程序。

Slot1奔腾III处理器

Socket 370的Pentium III和Celeron处理器

　　在0.25μm工艺的Katmai之后，奔腾Ⅲ又导入了0.18μm的 Coppermine核心。除了制程带来的改进以外，部分Coppermine奔腾III还具备了133MHz的总线频率和Socket 370的插座，为了区分它们，Intel在133MHz总线的奔腾III型号后面加了个“B”, Coppermine核心的产品后面加了个“E”，例如频率为800MHz、外频为133MHz的Coppermine奔腾III就被称为Pentium III 800EB。

第二代Pentium III处理器（Coppermine内核）

　　从实际意义上讲，铜矿P3才是真正的P3处理器，全新的内核以及制造工艺带来了明显的性能提升。不过其封装方式把大家着实的耍了一把！Intel这次又换了接口方式，还好有转接卡。

铜矿Pentium III处理器

Pentium III处理器芯片内核

　　看到Coppermine核心的奔腾III大受欢迎，Intel开始着手把 Celeron处理器也导入这个核心，在2000年年中，Intel推出了Coppermine核心的Celeron处理器，俗称Celeron 2，由于转用了0.18μm的工艺，Celeron的超频性能又得到了一次飞跃，部分低频型号超频幅度可以达到100％！

Coppermine核心的Celeron处理器

齐头并进 处理器突破1GHz大关

　　真正让AMD扬眉吐气的是原来代号Thunderbird（“雷鸟”）的Athlon处理器。Athlon具 备超标量、超管线、多流水线的Risc核心（3Way SuperScalar Risc core），采用0.25微米工艺，集成2200万个晶体管。Athlon包含了3个指令解码器、3个整数执行单元（IEU），3个地址生成单元 （AGU）和3个多媒体单元（就是浮点运算单元），Athlon可以在同一个时钟周期同时执行3条浮点指令，每个浮点单元都是一个完全的管道。

　　由于K7强大的浮点单元，使AMD处理器在浮点上首次超过了Intel当时的处理器。

AMD Thunderbird内核的Athlon处理器

　　在低端CPU方面，AMD推出了Duron CPU，它的基本架构和Athlon一样，只是二级缓存只有64KB。Duron从发布开始，就能远远抛离同样主攻低端市场的Celeron，而且价格更 低廉，一时间Duron成为低价DIY兼容机的第一选择，但Duron也有它致命的弱点，首先是继承了Athlon发热量大的特点，其次是它的核心非常脆 弱，在安装CPU散热器时很容易损坏。因此尽管在兼容机市场很受欢迎，但始终打不进利润最高的品牌机市场。

Duron 750处理器，在低端市场打得赛扬抬不起头

　　Tunderbird核心的Athlon不但在性能上要稍微领先于奔腾III，而且其最高的主频也一直比奔腾III高，1GHz频率的里程碑就是由这款CPU首先达到的。

Athlon 1.2GHz的处理器

　　不过随着Pentium4的发布，Tunderbird开始在频率上落后于对手，为此，AMD又发布了第三个Athlon核心—— Palomino，并且采用了新的频率标称制度，从此Athlon型号上的数字并不代表实际频率，而是根据一个公式换算相当于竞争对手（也就是 Intel）产品性能的频率，名字也改为AthlonXP。

AMD AthlonXP处理器

第三代Palomino核心的Athlon处理器

面对intel在高端和低端市场的同时打压，AMD在从0.15到0.13工艺转型成功后，便推出了使用0.13微米工艺制造的Thoroughbred AthlonXP，新的制造工艺使的AthlonXP得以进一步的提升频率来提高自身得性能。

Thoroughbred核心的AthlonXP

再来张绿色版的

移动版的Athlon MP

虽然经历了短暂的失利，但实力强大 的Intel，在上个世纪末的2000年11月，发布了旗下第四代的Pentium处理器，也就是现在我们天天都能接触到的Pentium 4。Pentium 4没有沿用PIII的架构，而是采用了全新的设计，包括等效的400MHz前端总线(100MHz×4)、 SSE2指令集、256～512KB的二级缓存，全新的超管线技术及NetBurst架构，起步频率为1.3GHz。

　　第一个Pentium 4核心为Willamette，全新的Socket 423插座，集成256KB的二级缓存，支持更为强大的SSE2指令集，多达20级的超标量流水线，搭配i850/i845系列芯片组。Intel陆续推 出了1.4GHz～2.0GHz的Willamette核心P4处理器，而后期的P4处理器均转到了针角更多的Socket 478插座。

Intel Pentium 4处理器

Willamette核心P4

Socket 478接口Willamette核心P4

　　和奔腾III一样，第一个Pentium 4核心并没有受到太多的好评，主要原因是新的CPU架构还不能受到应用软件的充分支持，因此Pentium 4在测试中经常大幅落后于同频的Athlon，甚至还如Intel自己的奔腾III。

　　几乎在Willamette核心P4发布的同时，Intel又推出了新的图拉丁 （Tualatin）核心的P3处理器。这款处理器采用133MHz外频、256～512KB二级缓存（视版本不同，服务器版和移动版都拥有512KB二 级缓存，桌面版则只有256KB），性能相当优越。

图拉丁核心的P3 1.2GHz

　　新的图拉丁核心的P3处理器是Intel继P2和赛扬处理器后最经典的处理器，有 着可以和AMD的Athlon处理器相抗衡的出色性能。然而为了给性能奇差价格高昂的Socket 423接口P4扫清上市前的道路，一款优秀的处理器却被Intel扼杀了！在市面上很难买到该核心的P3，大部分都被Intel拿来当作赛扬（俗称的赛扬 3、C3）来卖。

1.4GHz、512KB缓存的图拉丁核心P3S
（S代表服务器版，M代表移动版）

　　一年以后，Intel发布了第二个Pentium 4核心，代号为Northwood，改用了更为精细的0.13微米制程，集成了更大的512KB二级缓存，性能有了大幅的提高，加上Intel孜孜不倦的 推广和主板、芯片组厂家的支持，目前Pentium 4已经成为最受欢迎的中高端处理器。

Northwood核心Pentium 4处理器

Pentium 4的功能模块图

　　随后，Intel又先后发布了采用Willamette和Northwood核心 的赛扬处理器，新的赛扬处理器只是在原有P4处理器的基础上关闭了一半的二级缓存，新赛扬的二级缓存为128KB，由于AMD的低端处理器Duron的停 产，新赛扬在低端市场上可以说几乎没有对手。

这就是P4核心的新赛扬

　　在低端CPU方面，Intel发布了第三代的Celeron，沿用Tualatin核心，二级缓存的容量提高到256KB，外频也提高到100MHz，目前Tualatin Celeron的主频有1.0/1.1/1.2/1.3GHz等。

Tualatin核心的Celeron处理器

赛扬3.0GHz

再来张Pentium 4的芯片内核

高端平台 Itanium（安腾）称王

　　2001年英特尔发布了Xeon处理器。英特尔将Xeon的前面去掉了Pentium的名号，并不是说就与 x86脱离了关系，而是更加明晰品牌概念。Xeon处理器的市场定位也更加瞄准高性能、均衡负载、多路对称处理等特性，而这些是台式电脑的Pentium 品牌所不具备的。Xeon处理器实际上基于Pentium 4的内核，比起Pentium III的Xeon处理器来，要快30～90％，不过这还要视乎软件应用的配置而定。Xeon处理器基于英特尔的NetBurst架构，有更高级的网络功 能，及更复杂更卓越的3D图形性能。

Xeon处理器

Xeon：Pentium 4的至强版本

　　2001年英特尔发布了Itanium(安腾)处理器。Itanium处理器是英 特尔第一款64位元的产品，这是为顶级、企业级服务器及工作站设计的，在Itanium处理器中体现了一种全新的设计思想，完全是基于平行并发计算而设计 (EPIC)。对于最苛求性能的企业或者需要高性能运算功能支持的应用(包括电子交易安全处理、超大型数据库、电脑辅助机械引擎、尖端科学运算等)而言， Itanium处理器基本是PC处理器中唯一的选择。

Itanium(安腾)处理器

　　2002年英特尔发布了Itanium 2处理器。代号为McKinley的Itanium 2处理器是英特尔第二代64位系列的产品。Itanium 2将英特尔架构的效能与量产经济(Volume Economics)带给需要运算效能的市场用户，相较于专属型(Proprietary)产品，Itanium 2处理器系列以低成本与更高效能，提供高阶服务器与工作站各种平台与应用支持。

　　Itanium 2处理器是以Itanium架构为基础所建立与扩充的产品，提供了32位元的兼容性，可与专为第一代Itanium处理器优化编译的应用程序兼容，并大幅 提升了50～100％的性能。Itanium 2具有6.4GB/sec的系统总线带宽、高达3MB的L3缓存，据英特尔称，Itanium 2的性能足足比Sun Microsystems的硬件平台高出50％。

Itanium 2处理器

　　由于NetBurst微架构指令效能的低下，Intel只得进一步提高CPU的主 频，并引入了超线程技术用来和AMD的CPU进行对抗。超线程技术允许在单个英特尔奔腾4处理器上同时执行2个线程（或软件程序的一部分），支持超线程 (HT) 技术的操作系统（如Microsoft Windows XP Professional ）可将一个物理奔腾4处理器“看作”两个虚拟处理器。通过利用其它闲置资源，在多任务环境中，含超线程(HT) 技术的奔腾4处理器可使现有软件实现明显的性能提升。不过据Intel官方资料表明，超线程技术只能在高主频（3.0GHz以上）的P4处理器中才能得到 完美的发挥。而且从各方面来看超线程技术所带来的性能提升并不像Intel所说的那样，不过还是给大家带来了一些有趣的东西，例如在Win2000的任务 管理器的性能管理器里的CPU选项中可以看到两块CPU的显示，而在低于3.06GHz的P4处理器中打开超线程技术反而会带来性能的下降。

P4 3.06GHz正面

反面也来一张

Athlon64 步入64位计算新时代

　　此时，处于被动位置的AMD正式发布了集成512KB二级缓存、Barton内核的Athlon XP系列处理器。起跳型号是Athlon XP 2500+，还有2700+和3000+两款。样子看起来比前一个Thoroughbred B没有太大的差异，不过中间的Die Size稍微大了一些，应该是内建了512K L2 Cache的缘故。除了正面以外，底部的样子也没有什么改变。Barton采用的仍然是Socket 462架构，现有Athlon主板都可以继续延长寿命，不过要先考虑旧主板是否有支持166MHz FSB，甚至是要支持到200MHz FSB才行。

Barton内核的Athlon XP

来看看反面

　　2500+基本都是采用新的制造工艺的Barton核心AthlonXP，采用的是27493的基板，基板上可以看到印刷电路（早期的Barton也有看不到印刷电路的27488的基板，但目前已经看不到了）。在CPU核心的上端有一颗电容，并且L2金桥全都是连通的

27493的基板2500+

反面

　　AMD公司的斗志谁都不能忽视。经过了漫长的等待，AMD公司基于“Hammer（铁锤）”体系结构的64微处理器终于能够最终应用在台式计算机上了，随着AMD公司的速龙64处理器的推出，主流x86架构的台式计算机也由此而迈入了64位的新天地。

速龙64处理器

　　Intel在Athlon 64的打击下也要开始准备还击的手段，这是新的P4 Prescott处理器。工作频率2.66GHz，内建1MB二级缓存，应该是最低端的P4 Prescott处理器（后来Intel又推出了2.4GHz、533MHz FSB的Prescott内核P4处理器）。

P4 Prescott处理器

反面也来一张

即将到来的双（多）核心处理器　　

Intel和AMD在2004年都陆续推出了双核心处理器的样品。

从上面照片当中我们可以看到，采用90nm工艺的单核心Opteron的核心大小明显要比采用130nm工艺的单核心Opteron小一圈，而采用90nm工艺的双核心Opteron核心大小又比同级别的单核心产品大出不少。

文章介绍到这里也就暂且告一段落了。当然，CPU发展的步伐却从未就此停止过前进，Intel和AMD两大巨头的竞争更是日趋激烈

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