办公设备：微型计算机的发展史

2020-03-29 20:24 作者：艾锑无限 浏览量：

第1阶段

第1阶段（1971—1973年）是4位和8位低档微处理器时代，通常称为第1代，其典型产品是Intel4004和Intel8008微处理器和分别由它们组成的MCS-4和MCS-8微机。ntel 4004是一种4位微处理器，可进行4位二进制的并行运算，
它有45条指令，速度0.05MIPs（Million Instruction Per Second，每秒百万条指令）。Intel 4004的功能有限，主要用于计算器、电动打字机、照相机、台秤、电视机等家用电器上，使这些电器设备具有智能化，从而提高它们的性能。Intel 8008是世界上第一种8位的微处理器。存储器采用PMOS工艺。基本特点是采用PMOS工艺，集成度低（4000个晶体管/片），系统结构和指令系统都比较简单，主要采用机器语言或简单的汇编语言，指令数目较少（20多条指令），基本指令周期为20~50μs，用于简单的控制场合。

微型计算机第2阶段

第2阶段（1971—1977年）是8位中高档微处理器时代，通常称为第2代，其典型产品是Intel8080/8085、Motorola公司的M6800、Zilog公司的Z80等。它们的特点是采用NMOS工艺，集成度提高约4倍，运算速度提高约10~15倍（基本指令执行时间1~2μs），指令系统比较完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。它们均采用NMOS工艺,集成度约9000只晶体管,平均指令执行时间为1μS～2μS，采用汇编语言、BASIC、Fortran编程，使用单用户操作系统。

微型计算机第3阶段

第3阶段（1978——1984年）是16位微处理器时代，通常称为第3代，其典型产品是Intel公司的8086/8088，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微处理器。其特点是采用HMOS工艺，集成度（20000~70000晶体管/
片）和运算速度（基本指令执行时间是0.5μs）都比第2代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、多种寻址方式、段式存储机构、硬件乘除部件，并配置了软件系统。这一时期著名微机产品有IBM公司的个人计算机。8086和8088在芯片内部均采用16位数据传输，所以都称为16位微处理器，但8086每周期能传送或接收16位数据，而8088每周期只采用8位。因为最初的大部分设备和芯片是8位的，而8088的外部8位数据传送、接收能与这些设备相兼容。8088采用40针的DIP封装，工作频率为6.66MHz、7.16MHz或8MHz，微处理器集成了大约29000个晶体管。1981年IBM公司推出的个人计算机采用8088CPU。

1982年，英特尔公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器，该微处理器的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为16MB。80286可工作于两种方式，一种叫实模式，另一种叫保护方式。

在实模式下，微处理器可以访问的内存总量限制在1兆字节；而在保护方式之下，80286可直接访问16兆字节的内存。此外，80286工作在保护方式之下，可以保护操作系统，使之不像实模式或8086等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。80286在以下四个方面比它的前辈有显著的改进：支持更大的内存；能够模拟内存空间；能同时运行多个任务；提高了处理速度。80286的封装是一种被称为PGA的正方形包装。PGA是源于PLCC的便宜封装，它有一块内部和外部固体插脚，在这个封装中，80286集成了大约130000个晶体管。

1984年，IBM公司推出了以80286处理器为核心组成的16位增强型个人计算机IBM PC/AT。由于IBM公司在发展个人计算机时采用 了技术开放的策略，使个人计算机风靡世界。

最早PC机的速度是4MHz，第一台基于80286的AT机运行速度为6MHz至8MHz，一些制造商还自行提高速度，使80286达到了20MHz，这意味着性能上有了重大的进步。

IBM PC/AT微机的总线保持了XT的三层总线结构，并增加了高低位字节总线驱动器转换逻辑和高位字节总线。与XT机一样，CPU也是焊接在主板上的。

微型计算机第4阶段

第4阶段（1985—1992年）是32位微处理器时代，又称为第4代。其典型产品是Intel公司的80386/80486，Motorola公司的M69030/68040等。其特点是采用HMOS或CMOS工艺，集成度高达100万个晶体管/片，具有32位地址线
和32位数据总线。每秒钟可完成600万条指令（Million Instructions Per Second，MIPS）。微型计算机的功能已经达到甚至超过超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。同期，其他一些微处理器生产厂商（如
AMD等）也推出了80386/80486系列的芯片。

80386DX的内部和外部数据总线是32位，地址总线也是32位，可以寻址到4GB内存，并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟86”的工作方式，可以通过同时模拟多个

8086微处理器来提供多任务能力。

80386DX有比80286更多的指令，频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令，比频率为16MHz的80286快2.2倍。80386最经典的产品为80386DX－33MHz，一般我们说的80386就是指它。

由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。80386使32位CPU成为了PC工业的标准。

1989年英特尔公司又推出准32位微处理器芯片80386SX。这是Intel为了扩大市场份额而推出的一种较便宜的普及型CPU，它的内部数据总线为32位，外部数据总线为16位，它可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片，
降低整机成本。80386SX推出后，性能大大优于80286，而价格只是80386的三分之一。

1989年，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。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。

80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍，内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。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。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。

微型计算机第5阶段

第5阶段（1993-2005年）是奔腾（pentium）系列微处理器时代，通常称为第5代。典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6系列微处理器芯片。内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数
据高速缓存。随着MMX（MultiMediaeXtended）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。

早期的奔腾75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。经典奔腾的性能相当平均，整数运算和浮点运算都不错。　为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力，许多新指
令集应运而生，其中最著名的三种便是英特尔的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX（MultiMedia Extensions，多媒体扩展指令集）是英特尔于1996年发明的一项多媒体指令增强技术，包括57条多媒体指令，这些指令可以一次处理多个数据，MMX技术在软件的配合下，就可以得到更好的性能。

多能奔腾(Pentium MMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”，是在1996年底发布的。从多能奔腾开始，英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了，但是MMX的CPU超外频能力特别强，而且还可以通过提高核心电压来超倍频，所以那个时候超频是一个很时髦的行动。超频这个词语也是从那个时候开始流行的。

多能奔腾是继Pentium后英特尔又一个成功的产品，其生命力也相当顽强。多能奔腾在原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，使得多能奔腾即使在运行非MMX优化的程序时，也比同主频的Pentium CPU要快得多。

1997年推出的Pentium II处理器结合了Intel MMX技术，能以极高的效率处理影片、音效、以及绘图资料，首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封装，内建了高速快取记忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、编辑、以及透过网际网络和亲友分享数位相片、编辑与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用视讯电话以及透过标准电话线与网际网络传送影片，Intel Pentium II处理器晶体管数目为750万颗。

1999年推出的Pentium III 处理器加入70个新指令，加入网际网络串流SIMD延伸集称为MMX，能大幅提升先进影像、3D、串流音乐、影片、语音辨识等应用的性能，它能大幅提升网际网络的使用经验，让使用者能浏览逼真的线上博物馆与商店，以及下载高品质影片，Intel首次导入0.25微米技术，Intel Pentium III晶体管数目约为950万颗。

与此同年，英特尔还发布了PentiumIII Xeon处理器。作为PentiumII 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。在缓存速度与系统总线结构上，也有很多进步，很大程度提升了性能，并为更好的多处理器协同工作进行了设计。

2000年推出的Pentium 4处理器内建了4200万个晶体管，以及采用0.18微米的电路，Pentium 4初期推出版本的速度就高达1.5GHz，晶体管数目约为4200万颗，翌年8月，Pentium 4 处理理达到2 GHz的里程碑。2002年英特尔推出新款Intel Pentium 4处理器内含创新的Hyper-Threading(HT）超线程技术。超线程技术打造出新等级的高性能桌上型电脑，能同时快速执行多项运算应用，或针对支持多重线程的软件带来更高的性能。超线程技术让电脑性能增加25%。除了为桌上型电脑使用者提供超线程技术外，英特尔也达成另一项电脑里程碑，就是推出运作频率达3.06 GHz的Pentium 4处理器，是首款每秒执行30亿个运算周期的商业微处理器，如此优异的性能要归功于当时业
界最先进的0.13微米制程技术，翌年，内建超线程技术的Intel Pentium 4处理器频率达到3.2 GHz。

PentiumM：由以色列小组专门设计的新型移动CPU，Pentium M是英特尔公司的x86架构微处理器，供笔记簿型个人电脑使用，亦被作为Centrino的一部分，于2003年3月推出。公布有以下主频：标准1.6GHz，1.5GHz，1.4GHz，1.3GHz，低电压1.1GHz，超低电压900MHz。为了在低主频得到高效能，Banias作出了优化，使每个时钟所能执行的指令数目更多，并通过高级分支预测来降低错误预测率。另外最突出的改进就L2高速缓存增至1MB（P3-M和P4-M都只有512KB），估计Banias数目高达7700万的晶体管大部分就用在这上。

此外还有一系列与减少功耗有关的设计：增强型Speedstep技术是必不可少的了，拥有多个供电电压和计算频率，从而使性能可以更好地满足应用需求。

智能供电分布可将系统电量集中分布到处理器需要的地方，并关闭空闲的应用；移动电压定位（MVPIV）技术可根据处理器活动动态降低电压，从而支持更低的散热设计功率和更小巧的外形设计；经优化功率的400MHz系统总
线；Micro－opsfusion微操作指令融合技术，在存在多个可同时执行的指令的情况下，将这些指令合成为一个指令，以提高性能与电力使用效率。专用的堆栈管理器，使用记录内部运行情况的专用硬件，处理器可无中断执行程
序。

Banias所对应的芯片组为855系列，855芯片组由北桥芯片855和南桥芯片ICH4-M组成，北桥芯片分为不带内置显卡的855PM（代号Odem）和带内置显卡的855GM（代号Montara-GM），支持高达2GB的DDR266/200内存，
AGP4X，USB2.0，两组ATA-100、AC97音效及Modem。其中855GM为三维及显示引擎优化InternalClockGating，它可以在需要时才进行三维显示引擎供电，从而降低芯片组的功率。
2005年Intel推出的双核心处理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同时推出945/955/965/975芯片组来支持新推出的双核心处理器，采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA 775接口，但
处理器底部的贴片电容数目有所增加，排列方式也有所不同。

桌面平台的核心代号Smithfield的处理器，正式命名为Pentium D处理器，除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外，D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义。
Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台，Pentium D处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产。Pentium D内核实际上由于两个独立的2独立的Prescott核心组成，每个核心拥有独立的1MB L2缓存及执行单元，两个核心加起来一共拥有2MB，但由于处理器中的两个核心都拥有独立的缓存，因此必须保正每个二级缓存当中的信息完全一致，否则就会出现运算错误。

为了解决这一问题，Intel将两个核心之间的协调工作交给了外部的MCH（北桥）芯片，虽然缓存之间的数据传输与存储并不巨大，但由于需要通过外部的MCH芯片进行协调处理，毫无疑问的会对整个的处理速度带来一定的延
迟，从而影响到处理器整体性能的发挥。

由于采用Prescott内核，因此Pentium D也支持EM64T技术、XD bit安全技术。值得一提的是，Pentium D处理器将不支持Hyper-Threading技术。原因很明显：在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流、平衡运算任务并非易事。比如，如果应用程序需要两个运算线程，很明显每个线程对应一个物理内核，但如果有3个运算线程呢？因此为了减少双核心Pentium D架构复杂性，英特尔决定在针对主流市场的Pentium D中取消对Hyper-Threading技术的支持。

同出自Intel之手，而且Pentium D和Pentium Extreme Edition两款双核心处理器名字上的差别也预示着这两款处理器在规格上也不尽相同。其中它们之间最大的不同就是对于超线程（Hyper-Threading）技术的支持。Pentium D不
支持超线程技术，而Pentium Extreme Edition则没有这方面的限制。在打开超线程技术的情况下，双核心Pentium Extreme Edition处理器能够模拟出另外两个逻辑处理器，可以被系统认成四核心系统。

PentiumEE系列都采用三位数字的方式来标注，形式是PentiumEE8xx或9xx，例如PentiumEE840等等，数字越大就表示规格越高或支持的特性越多。

PentiumEE8x0：表示这是Smithfield核心、每核心1MB二级缓存、800MHzFSB的产品，其与PentiumD8x0系列的唯一区别仅仅只是增加了对超线程技术的支持，除此之外其它的技术特性和参数都完全相同。

PentiumEE9x5：表示这是Presler核心、每核心2MB二级缓存、1066MHzFSB的产品，其与PentiumD9x0系列的区别只是增加了对超线程技术的支持以及将前端总线提高到1066MHzFSB，除此之外其它的技术特性和参数都完全相同。

微型计算机第6阶段

第6阶段（2005年至今）是酷睿（core）系列微处理器时代，通常称为第6代。“酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记
本处理器的。 酷睿2：英文名称为Core 2 Duo，是是英特尔在2006年推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称。于2006年7月27日发布。酷睿2是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版的开发代号为Woodcrest，桌面版的开发代号为Conroe，移动版的开发代号为Merom。

SNB(Sandy Bridge）是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大意义莫过于重新定义了“整合平台”的概念，与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了“集成显卡”的时代。这一创举得益于全新的32nm制造工艺。由于Sandy Bridge 构架下的处理器采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺，理论上实现了CPU功耗的进一步降低，及其电路尺寸和性能的显著优化，这就为将整合图形核心（核芯显卡）与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件。此外，第二代酷睿还加入了全新的高清视频处理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的，由于高清视频处理单元的加入，新一代酷睿处理器的视频处理时间比老款处理器至少提升了30%。

在2012年4月24日下午北京天文馆，intel正式发布了ivy bridge（IVB）处理器。22nm Ivy Bridge会将执行单元的数量翻一番，达到最多24个，自然会带来性能上的进一步跃进。Ivy Bridge会加入对DX11的支持的集成显卡。另外
新加入的XHCI USB 3.0控制器则共享其中四条通道，从而提供最多四个USB 3.0，从而支持原生USB3.0。cpu的制作采用3D晶体管技术的CPU耗电量会减少一半。