「计算机基础」CPU历史之Intel系列

在之前《「计算机根底」计算机是怎么认识代码的》那篇文章的末尾，我们提到了世界上第一款微处置器4004是Intel公司的，本篇文章我们来看看Intel系列的产物。

Cpu汗青之intel系列

4004

4004是美国英特尔公司(Intel)推出的第一款微处置器，也是全球第一款微处置器；1971年11月15日发布。4004处置器的尺寸为3mm×4mm，外层有16只针脚，内有2300个晶体管，接纳五层设想，10um的造程工艺。4004的更高时脉有0.74MHz，能施行4位元运算，援助8位元指令集及12位元位址集。其时钟频次仅为108KHz时，能够每秒运算6万次。

第一款4位处置器

8086

1978和1979年，Intel公司先后推出了8086和8088芯片，它们都是16位微处置器，内含29000个晶体管，时钟频次为4.77MHz，地址总线为20位，可利用1MB内存。内部数据总线是16位，外部数据总线8088是8位，8086是16位。1981年8088，芯片初次用于IBMPC机中，创始了全新的微机时代。

8086的dip40封拆

8086的die shot

外形和课本上的8051芯片很像，功用性能都类似，但8051更像一颗SOC。1981年INTEL推出的MCS-51单芯片，数据是8bit，8051是此中一种，后来受权给其它芯片公司开发出各类形态的51单片机产物。

1982年，Intel推出了80286芯片，该芯片含有13.4万个晶体管，时钟频次由最后的6MHz逐渐进步到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。80286有两种工做体例：实形式和庇护形式。

80286（PLCC封拆）

80286的指令流水线有3级：取指，译码和施行。比8086多了一级译码。

1985年，Intel推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一种32位微处置器，内含27.5万个晶体管，时钟频次为12.5MHz，后进步到20MHz，25MHz，33MHz。其内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存。80386的普遍应用,将PC机从16位时代带入了32位时代。比80286更多的指令集。

386陶瓷封拆

那种陶瓷封拆很有量感，成本估量不菲，如今估量只要在军品中能够看见身影了。

1989年，Intel推出了80486芯片，那种芯片实破了100万个晶体管的的边界，集成了120万个晶体管。当时钟频次从25MHz逐渐进步到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处置器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，而且在80X86系列中初次接纳了RISC手艺，能够在一个时钟周期内施行一条指令。

80486的性能比带有80387数学协处置器的80386DX进步了4倍。

1989年上市市价格为950美圆，那时CISC中也参加了RISC手艺，其实后来各人都在互相借鉴，都不合适简单粗暴的用cisc和risc来区分了。

Intel公司于1993年03月22 日，发布了P5架构的80586，其正式名称为PENTIUM。PENTIUM含有310万个晶体管，L1为16KB（8+8）时钟频次最后为60MHZ和66MHZ，Socket 4 ( 273 針腳 PGA 封裝)，电压5V，接纳0.8um BiCMOS工艺造造。

Intel Pentium (P5, 80501)两种差别封拆

Intel Pentium (P5) Die shot

奔驰后续还有出几代强化版本。1994 年 10 月 10 日P54C Microarchitecture，75 MHz ~ 120 MHz，电压降低为3.3V，Socket 5 ( 273 針腳 PGA 封裝) / Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，320万

Intel Pentium (P54C, 80502)

1995 年 06 月 10 日P54CS Microarchitecture，133 MHz ~ 200 MHz，Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，330万，提拔到0.35微米

Intel Pentium (P54CS, 80502)

1997 年 01 月 08 日P55C Microarchitecture，120 MHz ~ 233 MHz，L1 快取大小：32 KB (資料與指令快取各 16 KB) 4-way，Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，450，接纳0.35和0.25um工艺，初次映入MMX指令集

Pentium MMX

四種 Intel Pentium OverDrive左而右依序為 Socket 4、Socket 3、Socket 5、Socket 5 或 Socket 7 (MMX) 四種

1997 年 08 月筆電專屬版本：Tillamook, 166 MHz ~ 300 MHz, 32 KB (資料與指令Cache各 16 KB) 4-way, 插槽：MMC-1 (280 針可攜式電腦專用處理器卡匣),2.5v,450万，接纳0.25um工艺。

Tillamook 的 MMC-1 模組的外型

信息来源：https://isite.tw/2016/01/27/14785

Intel Pentium PRo

1995年11月1日，Intel推出了Pentium Pro处置器。Pentium Pro的工做频次有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 完全不异的指令集和兼容性，到达了440 MIPs 的处置才能和5.5 M个晶体管。那几乎相当于比4004处置器的晶体管提拔了2400倍。值得一提的是Pentium Pro接纳了“PPGA” 封拆手艺。即一个256KB的二级缓存芯片与Pentium Pro芯片封拆在一路 ，两个芯片之间用高频宽的内部总线互连，处置器与高速缓存的毗连线路也被安设在该封拆中，如许就使高速缓存能更容易地运行在更高的频次上。TDP：31.7 W ~ 44 W，16 KB (資料與指令快取各 8 KB) 4-way，L2 快取大小：256 KB / 512 KB / 1 MB，Socket 8 ( 387 針腳 PGA 封裝)，550万晶体管。

例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是运行在200MHz，也就是工做在与处置器不异的频次上，那在其时能够算得上是CPU手艺的一个立异。Pentium Pro的推出，为以后Intel推出PⅡ奠基了根底。

Intel Pentium Pro L2 Cache区域和CPU逻辑区域

PENTIUM引起的颤动尚未完毕，Intel公司又推出了新一代微处置器——P6。P6含有550万个晶体管，时钟频次为133MHZ，处置速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。

P6的一级（片内）缓存为8KB指令和8KB数据。值得留意的是在P6的一个封拆中除P6芯片外还包罗有一个256KB的二级缓存芯片，两个芯片之间用高频宽的内部通信总线互连。P6最有目共睹的是具有一项称为“动态施行”的立异手艺，那是继PENTIUM在超标量系统构造上实现实破之后的又一次飞跃。

1997年，在奔驰（P54C）和P6的根底上又有了新的开展，一块奔驰（P54C），加上57条多媒体指令，就得到了多能奔驰（P55C），相对P54C，P55C在以下几方面做了改良：（1）撑持称为MMX多媒体扩展的新指令集，有57条新指令，用于高效地处置图形、视频、音频数据；（2）内部Cache从16KB增加到32KB。（3）优化了CPU的施行核心。

大小比照从左到右Pentium Pro (Socket 8)Xeon E7420 (PGA604)Xeon E5-2690 (LGA2011)Core i7-2820QM (PGA988)

金灿灿的年代到奔驰pro就完毕了，后续的cpu封拆觉得少了一份奢华感，据说那种封拆里有价值上百的黄金

参考：https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Pentium

为了填补P6的某些缺陷，Intel在P6根底上开发了两个变体：Klamath（即PentiumⅡ）和Deschutes来弥补完美它。

PentiumⅡ利用MMX和AGP手艺，其系统总线速度到达66MHz，一级Cache含16KB指令Cache和16KB数据Cache，二级Cache为512KB，接纳了0.35微米的工艺，CPU工做电压为2.8V。203平方毫米.

Deschueses（PII350以上的CPU）是PentiumⅡ的一个0.25微米版本，具有更低的电源电压，外频为100MHz。

PentiumII改动了以往的PGA陶瓷封拆，而把处置器芯片、L2高速缓存以及TAGPAM（用来办理L2高速缓存）集成在一块电路板上，然后封拆在新的SEC（SingleEdgeContact，单边接触盒）内。因为接纳了新的SEC封拆，PentiumII必需插在242线的SLOT1插槽内，也就是说，PentiumII不兼容Socket7构造。

Intel Pentium II（32KB L1）和外置512KB L2高速缓

Intel® Pentium® II（Slot 1）

挪动版本的Pentium II处置器(MMC封拆)

Die shot（https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Intel+Pentium+II）

1998年去掉L2缓存的Celeron

处置器型号:核心代号:接口类型:指令集:封拆形式:频次:系统前端总线速度:晶体管数目:L1 Cache:L2 Cache:造程工艺:在产:消费日期:

Intel® Pentium® II Xeon™DrakeSlot 2IA32 (x86), MMXSECC400MHz-450MHz100MHz~7.5 Million32KB512KB-2MB (Full Speed Off Die)0.25微米No1998

Intel® Pentium® II Xeon(正面和后背) 512KB-2MB (Full Speed Off Die)L2

Pentium II OverDrive（左侧处置器），带有 512KB 的 L2 缓存（右侧）

Intel Pentium II OverDrive PODP66X333

图片来源：http://www.cpu-collection.de/?l0=i&i=1814&s=big&tb=1&n=0&sd=0

其时的减配版本，L2缓存减半的超频神器赛扬300A，其时因为cpu功耗大约20W，不像如今动辄一百多瓦，略微改善一下散热就有超频情况，其时那颗CPU也成为典范，出格是370封拆的，主板芯片组跨度大，实惠的选择良多。

更多信息参考：https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/30897

1999年2月26日推出走腾III 处置器 800MHz、256K高速缓存、133MHz FSB ，TPD20.8 瓦，180纳米，与Pentium II不异，也有低阶的Celeron版本和高阶的Xeon版本。

最后版本Katmai与Pentium Ⅱ均利用0.25μm造程，独一的不同是参加了SSE，改良一级缓存控造器，效能有所提拔。

第二个版本Coppermine（铜矿）起头遍及接纳了新的Socket 370（FC-PGA）接口，因为利用了0.18μm造程，INTEL可以在CPU芯片内集成了低延迟性全速256KB第二级缓存。

Coppermine-T：FC-PGA2封拆的Coppermine CPU针脚与Coppermine差别，无法与FC-PGA兼容。

最初一个版本Tualatin只是现实上英特尔的0.13μm造程试验。在2001年至2002年早期推出，主频别离为1.0、1.13、1.2、1.26、1.33和1.4 GHz，同样接纳了256K二级缓存。但因为利用FC-PGA2封拆而无法与之前的主板兼容。针对桌面市场的Tualatin产量很少，大部门Tualatin出格是512KB二级缓存的衍生版本（称为 Pentium Ⅲ-S）用于办事器市场。

Katmai核心Pentium III（slot封拆）

Socket 370封拆的Pentium III（Coppermine核心）

Intel Pentium 4

英特尔公司于2000年11月发布的第7代x86微处置器。是继1995年出品的Pentium Pro之后的第一款从头设想过的处置器，那一新的架构称做NetBurst。首款产物代码为：Willamette，拥有1.4GHz摆布的内核时钟，并利用Socket 423脚位架构，首款处置器于2000年11月发布。开启频次大战，性能却没有大幅度提拔。到4GHz时，功耗问题行步，2005年年中放弃了Pentium 4，并转向升温更少的Pentium M。

Intel Pentium 4 差别规格

Intel处置器清单

以上信息来源intel官网：https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark.html#@Processors

Intel 处置器品牌和简要申明

酷睿（Core）是英特尔公司推出的面向中高端消费者、工做站和发烧友的一系列CPU。酷睿替代了曾经是中高端的奔驰（PenTium），将奔驰移至入门级，并将赛扬（Celeron）处置器推向低端。当前常见的I3I5I5就是那个系列，I7还出过至尊版Intel Core i7 Extreme EdiTIon，还有I9处置器。

奔驰（PenTium）是英特尔公司的一个注册商标，做为其x86处置器品牌之一，于1993年推出。之前奔驰是英特尔的独一的x86处置器产物线，后来跟着其产物线的扩展衍生出低端的赛扬（Celeron）系列、供办事器以及工做站利用的至强（Xeon）系列。2006年英特尔推出酷睿（Core）系列处置器产物线，代替原奔驰处置器系列的市场定位。现在奔驰定位中端系列，介于赛扬和酷睿之间。

赛扬（Celeron）是英特尔公司中央处置器的一个注册商标。赛扬处置器是Intel旗下经济型产物，于1998年推出。

至强（Xeon）是Intel的一个中央处置器品牌，次要供办事器及工做站利用，亦有超等计算机接纳此处置器。Intel XeonE3-1230曾因高性价比而遭到电脑DIYer的热捧，有“i5的价格，i7的性能”的佳誉。

安腾（Itanium），是英特尔安腾架构（IA-64）的64位处置器。第一款安腾于2001年推出，该处置器的市场定位是在于企业办事器与高性能运算系统。

凌动（Atom）开发代号Silverthorne，是Intel的一个超低电压处置器系列。该处置器的市场定位是在于智妙手机、平板电脑和低成本PC，上彀本等。

Quark是英特尔的32位x86 SoC和μCs系列，专为小尺寸和低功耗设备而设想，并面向包罗可穿戴设备在内的新市场。该处置器固然比 Atom处置器更慢，但体积和功耗更小。

在2021的Hot Chips大会上，英特尔详细解读了高性能处置器——Alder Lake的架构。Alder Lake是英特尔的桌面级CPU架构，英特尔放弃了同构CPU核的设想，转向了大小核。P系列大核专注单线程性能，此中有两个新的工具：一个是Matrix Engine，做为AI协处置器；别的一个是PM Controller，负责细粒度的功耗办理。

E系列小核专注多线程吞吐（Throughput），所以小核的Front-End更深，Back-End更宽。别的小核和大核的ISA是兼容的，且四核共享MLC。

除此之外，Alder Lake为了大小核的调度，引入了Thread Director。工做原理是先按照应用摆设在大核或小核上的IPC差别，对应用停止分类，然后OS按照应用类型停止调度。

CPU-Z软件所识此外参数，别离是封闭AVX-512与开启AVX-512

ITD，全称硬件线程调度器（Interl Thread Director），是一个全新的硬件资本调度体例。Alder Lake架构中将包罗两种纷歧样的处置器核心：P-Core和E-Core。就像ARM架构SoC中的大小核一样，P-Core和E-Core在性能与能耗上也有本身的差别。因两种核心在构造、能耗与擅长的运算品种上有所差别，若何调度两种核心，将用户的操做分配到合适的核心就成了Alder Lake要面临的首要难题。

ITD的呈现为的就是处理硬件资本分配的问题。在ITD呈现之前，Windows接纳的是一个比力简单的硬件资本分配体例：Windows 10认为哪个软件在前台，哪个软件拥有更高的优先级，就能分配到最强的核心。同时，过去向理器与操做系统之间的信息报告请示也较为单一，操做系统其实不能详细领会各个核心的工做情况。

按照英特尔公布的数据，Alder Lake更高能够撑持16个混合内核、24个线程、以及30MB的L3缓存，同时撑持DDR5-4800、16通道PCIe 5.0、Thunderbolt 4、Wi-Fi 6E等等那些最新的接口、存储和数据传输手艺。

看到那里，应该对通用cpu的主力厂家之一intel有了一个初步的印象。Cpu的大厦也是从简单的4004一步一步开展到现在的水平，每一步的变革都是有汗青原因的，是有迹可循的。

文章来源：杨华_https://zhuanlan.zhihu.com/p/464413953