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回顾30年最具影响力处理器

回顾30年最具影响力处理器

国外媒体曾评出过迄今为止最具影响力的11款微处理器,英特尔4004、8080、奔腾和AMD Opteron 240等纷纷上榜。上榜的这11款产品也许并不是最强大、最畅销、最成功的处理器,但他们都引领了一种趋势,无论是在架构、营销理念,还是一种全新的计算方式方面。现在让我们回顾一下:

1. 英特尔4004 (1971年)

4004是英特尔第一款微处理器,也是全球第一款微处理器,使用该款处理器的代表产品为1971年推出的Busicom 141-PF Calculator。该款处理器原先是为一家名为Busicom 的日本公司而设计,用来生产电算机。

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4004处理器的尺寸为3mm×4mm,外层有16只针脚,内里有2,300个晶体管,采用五层设计,它采用10微米制程。

4004的最高时脉有740KHz,能执行4位元运算,支援8位元指令集及12位元位址集。当时脉是108KHz时,它可以每秒运算6万次,成本低于100美元。4004处理器的性能与早期电子计算机ENIAC相若。ENIAC是在1946年推出,机器体积庞大,需占用一个房间。ENIAC 拥有18000个真空管。

2. 英特尔8080 (1974年)

1974年4月Intel又推出了一款8位处理器,是第一款真正意义上的微处理器,使用该款处理器的代表产品为1975年推出的MITS Altair 8800计算机。

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8080处理器,集成6000只晶体管,每秒运算29万次,拥有16位地址总线和八位数据总线,包含7个八位寄存器,支持16位内存,同时它也包含一些输入输出端口,这也是一个相当成功的设计,有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。

开始8080主要应用于控制交通信号灯,很快EdRoberts宣布AItair8800(牵牛星,这个名字来源于当时电视节目里一个流行的科幻剧)个人电脑的诞生,它的核心是8080芯片,有256Bit存储器,没有键盘、鼠标、显示器、数据存储设备,也没有软件,输入数据是通过触发器的开关来记录代码的,输入是用闪烁的红灯给出二进制代码的答案。这是有史以来第一个广为人知的个人电脑。

在此以后,Intel、Motorola 、Zilog又相继推出INTEL8085、MC6800、Z80等字长为8位的微处理器。这些微处理器集成约9000多只晶体管,开始替代电子逻辑元件,被应用于各种应用电路和设备之中。

3. Acorn Computers ARM2 (1986年)

ARM是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

一款32位处理器,被广泛应用于许多嵌入式系统中,使用该款处理器的代表产品为1987年推出的Acorn Archimedes。

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ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系,ARM很快成为许多全球性RISC 标准的缔造者。

ARM公司在1985年时开发出ARM1 Sample版,而首颗"真正"的产能型ARM2于次年量产。ARM2具有32位的数据总线、26位的寻址空间,并提供64Mbyte的寻址范围与16个32-bit 的暂存器。

ARM2可能是全世界最简单实用的32位微处理器,其仅容纳了30000个晶体管(相较于Motorola六年后的68000其包含了70000颗)。之所以精简的原因在于它不含微码,而与现今大多数的CPU不同,它没有包含任何的高速缓存。这个精简的特色使它只需消耗很少的电能,却能发挥比Intel 80286更好的效能后继的处理器ARM3更备有4KB的高速缓存,使它能发挥更佳的效能。

4. Intel 8088 (1979年)

Intel 8088是一个Intel以8086为基础的微处理器,拥有16位寄存器和8位外部数据总线。这是原本IBM PC上所使用的处理器。

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8088使用8位的设计,所针对的是较为经济之系统。在它推出时候,大的数据总线宽度电路板还是相当地昂贵。到目前为止使用8088之最重要的微计算机是IBM PC。原本的PC 处理器是以4.77MHz的时钟频率运行。

显然地IBM自家工程师想要使用Motorola 68000,并且它后来被用在已经遗忘的IBM 仪器9000实验室计算机中,但是IBM已经拥有制造8086家族的授权,以作为给Intel气泡式存储器设计的授权之交换。使用8位8088版本的一个因素是,它可以使用现有Intel 8085形态的组件,允许以修改8085设计的方式为基础制造计算机。68000的组件在当时并非广泛可以得到,虽然可以使用Motorola 6800组件来达成一种程度。

Intel的泡沫式存储器在当时市场上推出有一段时间,但是由于从日本公司来的低廉价格所产生的激烈竞争,Intel离开了存储器市场并且专注在处理器上。兼容可以取代的芯片NECV20是由NEC所制造,改进了约20%的功率改善。

5. MOS Technology 6502 (1975年)

6502是一款功能强大但价格低廉的处理器产品,当时英特尔8080售价149美元,而6502仅为25美元。6502被应用于许多计算机中,代表产品为1977年的Apple II。

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MOS 6502是1975年由MOS科技所研创的8位元微处理器。当年6502刚问世时是当时功效最强的CPU,且价格只有大型业者(如Motorola、Intel)相近产品的六分之一甚至更低;且除了Zilog公司的Z80外,6502几乎快过多数业者的相近产品,进而激起一系列的的电脑专案,并在之后的1980年代带来一场个人电脑的革命。

MOS科技仅授权两家业者能相容研制6502,即是所谓的“第二供货源”,此分别是洛克威尔国际公司与Synertek公司,更之后才有更多的业者获得相容研制的授权,并仍持续在嵌入式系统的市场中供货。

6. Zilog Z80 (1976年)

是一款8位处理器,是英特尔8080处理器的克隆产物,但由于功能强,价格低,反而蚕食了8080处理器的份额。采用该款处理器的代表产品为Radio Shack TRS-80 Model I 计算机。

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当时微软有很多产品都是基于CP/M系统,于是保罗艾伦,找人设计了一种Soft Card 的软件转换卡,即通常所说的Z80卡,这种卡上带有Z80处理器,能够接管Apple II的总线控制权、内存地址变换以及接口分配等。

Zilog公司的Z80是与Intel 8080兼容的芯片,其实Zilog公司的创始人费根原本是英特尔公司从4004到8080芯片开发的功臣,后来自己跳槽单挑一摊,成立了Zilog公司,他的Z80芯片是Intel 8085芯片(8080的后继产品,最初的8080芯片需要8224、8228两块芯片的支持,而这三者在8085中被集成到了一起)的一种改良版,曾与8085在市场上有过竞争,结果是使得它们成为市场的标准(这两者本身是互相兼容的),也加速了CP/M 成为市场标准的过程,只可惜Zilog后继乏力,不久便从市场上消失了。

这种转换卡推出以后,立即成为畅销品,第一年便卖出了两万五千块,到80年代初,共有十万多台Apple II安装上了这种转换卡。这样一来,AppleII反而成了拥有最多CP/M 用户的机型。

7. AMD Opteron 240 (2003年)

Opteron 240基于AMD 64位扩展技术的首款处理器。Opteron 64之所以在推出时引发了广泛的关注,其最主要的原因就在于它在支持64位应用程序的同时,还向下兼容32位程序。当然,AMD为了优化32位应用程序的性能对处理器的架构作了一定的调整。

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2003年4月22日AMD发布了基于AMD64技术的AMD Opteron“皓龙”处理器,这是世界上首款同时支持32位计算的64位处理器。奠定了64位计算发展史上的里程碑,开创了64位的计算时代。

AMD Opteron处理器和AMD Athlon 64处理器之间的主要区别在于芯片上嵌入的HT连接的数量。AMD Athlon 64处理器含有1条HyperTransport连接,可以提供6.4 GB/s的数据传输速率,而AMD Opteron处理器可以提供三条连接,Socket 939 Opteron系列同样具备三条 HyperTransport 连接总线,不过由于定位为1路服务器,所以其中两条在出厂时就已经被屏蔽。在处理器的缓存大小上也有所不同。

8. RCA COSMAC CDP 1802 (1976年)

RCA 1802是应用在太空中的第一款处理器,20世纪70年代这款处理器被应用在探测器和卫星中,其中包括了著名的Viking、Galileo和Voyager,它的低功耗和高可靠性,可以在超出地球大气层的苛刻条件下运行。

Voyager 1中使用了3颗1802处理器,现在距离地球102英里,是距离地球最远的人造项目,它已经离开我们的太阳系很久,正朝着星际空间前行。被用于“旅行者1号”太空探测器中。

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1802 8位微处理器。它拥有16个16位的寄存器文件,可以使用SEP指令,能够设置任何一个寄存器成为程序计数器。RCA 1802被誉为是RISC 芯片的鼻祖。

太空中选用CDP 1802,一是因为它可以在很低的功耗下运行;二是因为它采的工艺可以更好地抗宇宙射线和电脉冲。因此1802也被认为是第一块抗辐射微处理器。

1802芯片具有所谓静态设计,就是说它的时钟频率可以设为任意低;这种设计可以让航天器上的处理器以很低的速度运行(最低可以到0赫兹,也就是停机状态)。这样的话,如果飞船在航行过程中正处于长时间没有事件的旅程的时候,可以把电能消耗降到最低。在有任务到达的情况下,例如要进行航线修正,高度控制,数据采集或者无线电通讯的时候,又可以用定时器或者传感器来唤醒处理器,或者加速其运行。

9. AIM PowerPC 601 (1992年)

苹果Power Macintosh 6100使用的处理器,同时也被用于任天堂Wii和微软Xbox 360游戏机中。

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PowerPC是Apple、IBM和摩托罗拉(Motorola)联盟(也称为AIM联盟)的产物,它基于POWER体系结构,但是与POWER又有很多的不同。例如,PowerPC是开放的,它既支持高端的内存模型,也支持低端的内存模型,而POWER芯片是高端的。最初的PowerPC设计也着重于浮点性能和多处理能力的研究。当然,它也包含了大部分POWER指令。很多应用程序都能在PowerPC上正常工作,这可能需要重新编译以进行一些转换。

PowerPC 601是第一代PowerPC系列中的第一个芯片。它是POWER和PowerPC体系结构之间的桥梁,其与POWER1的兼容性比以后的PowerPC都要好(甚至比POWER同一系列的芯片还要好),同时它还兼容Motorola88110总线。PowerP C601的首次面世是在1994年最早的PowerMac 6100中,其主频为66Mhz。这条产品线中的下一个芯片是603,它是一个低端的核心,通常在汽车中可以找到。它与PowerP C603同时发布,当时PowerPC 604是业界最高端的芯片。603和604都有一个“e”版本(603e和604e),该版本中对性能进行了改善。最后,第一个64位的PowerPC芯片,也是很高端的PowerPC620于1995年发布。

10. 摩托罗拉68000 (1980年)

苹果Macintosh计算机最初使用的处理器。摩托罗拉68000是当时最强大的处理器之一,被用于Sun-1等Unix工作站和服务器中,但在个人计算机市场却表现欠佳,直至苹果于1984年推出Macintosh计算机后。

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摩托罗拉68000型中央处理器,或称MC68000,是由美国摩托罗拉公司(其半导体部门现已独立成为飞思卡尔公司)出品的一款16/32位CISC(复杂指令集)微处理器。作为M68K 处理器系列的第一个成员,MC68000于1979年投放市场。由于内部使用32位总线和寄存器,它在软件层(指令集)上基本与随后的纯32位产品保持兼容。目前这款微处理器仍在嵌入式领域得到应用。

最初的MC68000使用3.5微米HMOS技术(即高性能N通道金属氧化物半导体,CMOS的前身)制造。1979年发布了工程样品,次年产品型面世,速度有4、6、8、10兆赫兹多种。最快的16.67MHz版本到80年代末才面市。

MC68000在早期得到了很多高端产品的青睐。在升阳公司的Sun workstation等多种Unix工作站中,MC68000一度占统治地位。市场领先的其他一些计算机,包括Amiga(阿米加)、Atari ST(雅达利ST)、Apple Lisa (苹果Lisa)和 Macintosh(麦金托什),以及第一代激光打印机,如苹果公司的LaserWriter,都使用MC68000。1982年,摩托罗拉进一步更新了MC68000的指令集以支持虚拟内存,并使其能够满足由Popek和Goldberg于1974年提出的虚拟化标准。

11. 英特尔奔腾处理器 (1993年)

奔腾,Pentium是英特尔的第五代单内核x86架构之微处理器,于1993年3月22日开始出货。打破了“386”、“486”式的命名方式,开创了新的处理器品牌。

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继承着80486大获成功的东风,赚翻了几倍资金的Intel在1993年推出了全新一代的高性能处理器——奔腾。由于CPU市场的竞争越来越趋向于激烈化,INTEL觉得不能再让AMD 和其他公司用同样的名字来抢自己的饭碗了,于是提出了商标注册,由于在美国的法律里面是不能用阿拉伯数字注册的,于是Intel L玩了个花样,用拉丁文去注册商标。奔腾在拉丁文里面就是“五”的意思了。Intel公司还替它起了一个相当好听的中文名字——奔腾。

奔腾的厂家代号是P54C,奔腾的内部含有的晶体管数量高达310万个,时钟频率由最初推出的60MHZ和66MHZ,后提高到200MHZ。单单是最初版本的66MHZ的奔腾微处理器,它的运算性能比33MHZ的80486 DX就提高了3倍多,而100MHZ的奔腾则比33MHZ的80486 DX要快6至8倍。也就是从奔腾开始,我们大家有了超频这样一个用尽量少的钱换取尽量多的性能的好方法。作为世界上第一个586级处理器,奔腾也是第一个令人超频的最多的处理器,由于奔腾的制造工艺优良,所以整个系列的CPU的浮点性能也是各种各样性能是CPU中最强的,可超频性能最大,因此赢得了586级CPU的大部分市场。