微處理器史話(huà)

   1946年在美國賓夕法尼亞大學(xué)由J.W.Mauchley及J.P.Eckert等人合作研制成功世界上第一臺由程序控制的電子計算機ENIAC(Electronic Numcrical Integrator And Calculator)誕生，標志著(zhù)人類(lèi)進(jìn)入了電子計算機時(shí)代，它的字長(cháng)為12位，使用了18800多只電子管和1500只繼電器，它的體積有一座房子那么大，占地150m²，重量30多噸，耗資百萬(wàn)美元，耗電量需要由一個(gè)小型發(fā)電廠(chǎng)供電(150kW)，這便是第一臺電子計算機，這樣一臺龐然大物，當時(shí)的運算能力只有每秒鐘5000次的加法運算，但它對后來(lái)幾十年計算機的發(fā)展影響是深遠的，例如程序存儲和數字編碼技術(shù)為以后的計算機發(fā)展奠定了技術(shù)基礎。
    1946--1958年計算機的組成仍以電子管為主，計算機的內存儲器先是采用了汞延遲線(xiàn)，后來(lái)采用了磁鼓和磁芯，由于磁帶記錄技術(shù)已經(jīng)成熟，所以外存儲已經(jīng)使用了磁帶記錄器，軟件普遍采用機器語(yǔ)言，后期才開(kāi)始使用匯編語(yǔ)言，主要應用于科學(xué)計算。
    1958--1964年，晶體管的誕生帶動(dòng)了計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機逐步以晶體管取代了電子管，邏輯元件基本上采用了體積小耗電省的晶體管，內存儲器仍采用磁芯，但外存儲器已開(kāi)始使用磁盤(pán)，軟件也開(kāi)始出現了一些高級語(yǔ)言，以科學(xué)計算、數據處理及一些工業(yè)控制為主要應用。

1969年，INTEL公司受日本Busicom計算器公司委托，要求為其一個(gè)計算器研制一套程序控制器(如左圖)，Busicom公司提出一個(gè)方案是采用12片專(zhuān)用的集成芯片，而INTEL公司的一位叫Ted hoff的電氣工程師則大膽地提出了一種新的理念，即采用通用型的數據處理芯片，正是這一理論帶來(lái)了微處理器的誕生。

隨著(zhù)集成電路的產(chǎn)生，集成度朝著(zhù)中規模方向發(fā)展，使得計算機也朝著(zhù)小型化、微型化方向發(fā)展，1971年，INTEL公司發(fā)布了具有4位并行處理能力的微處理器4004(如右圖)，標志著(zhù)人類(lèi)史上第一塊微處理器誕生，它內部集成了約2000多個(gè)晶體管，采用P-MOS工藝技術(shù)制造，雖然的它的面積不足1cm2，但它卻具有比ENIAC強大的計算能力，同時(shí)開(kāi)創(chuàng )了集成電路計算機的新時(shí)代。

雖然在中規模集成電路單片上的4004還不能算是一臺完善的電子計算機，但它集成了作為中央處理單元大量的邏輯電路，一塊集成芯片代替了電子管或晶體管時(shí)代構成計算機的幾千個(gè)單元電路。4004雖然只包含了46條基本指令，系統相對簡(jiǎn)單，但作為簡(jiǎn)單的控制還是合適，因為當時(shí)并非需要太復雜的算術(shù)運算，況且在當時(shí)并不容易找到可編程的邏輯器件。

由于4004采用的是P-MOS(P溝道金屬氧化物半導體)工藝制造，工作頻率低，用于構成真正的計算機，功能仍很差，為此，INTEL公司于1972年發(fā)布了第二代微處理器8008，8008仍沿用4004的P-MOS生產(chǎn)工藝，集成了3500個(gè)晶體管，但它的數據寬度已經(jīng)提高到了8位，指令也增加到了48條，所以8008比起4004指令進(jìn)行周期明顯加快，并允許8位的操作數，同時(shí)8008可尋址16384個(gè)存儲單元，具備7個(gè)寄存器、存儲器堆棧以及簡(jiǎn)單的中斷功能，形成了現代微處理器的雛形。

8008與4004的指令系統并不兼容，但8008發(fā)布以后，很快投放市場(chǎng)，并在其它領(lǐng)域獲得應用。

1973年,INTEL公司又相繼發(fā)布了8080微處理器，可以這樣說(shuō)，8080是8008的升級改進(jìn)型，指令系統兼容8008微處理器，8008上的軟件基本上都可以在8080上運行。更驕傲的是8080放棄了以前處理器所使用的P-MOS生產(chǎn)工藝，改用全新的N-MOS生產(chǎn)技術(shù)，從而使處理器的運行速度有了質(zhì)的飛躍，達到了2MHz，兩個(gè)8位操作數的加法運算速度達到了50萬(wàn)次/每秒。顯然，8080比8008的數據傳送周期短了許多。

8080硬件上在8008的基礎上作了很大的改進(jìn)，存儲器的尋址空間達到了64k，為克服CPU內部的7級堆棧的限制，8080在存儲器本身也設置了堆棧。此外，CPU還具備了處理BCD碼的能力，即可以實(shí)現兩個(gè)BCD碼間的加法操作。另外，8080還具備允許對外部存儲器進(jìn)行直接尋址的擴展尋址能力，這使其得到更廣泛的應用。     8080的研制成功，并廣泛投放市場(chǎng)之后，微處理器才真正在電子領(lǐng)域得到了應用，8080比8008多了30條指令,達到了78條，使該處理能力進(jìn)一步加強。

1976年，INTEL公司在8080的基礎上又推出了幾個(gè)增強型微處理器芯片，8085在原基礎上增加了輸入輸出功能，使之的電源供電和時(shí)鐘源更為簡(jiǎn)化，只需單一的時(shí)鐘和電源，在此之前，4004和8080均需要兩到三個(gè)電源或時(shí)鐘源，這使得它們的硬件電路復雜。增加了輸入輸出功能使之能連接多種外圍設備，如可編程、中斷控制器和CRT控制器等幾個(gè)插件都可以適應更多的應用，并且8085具有更強的計算處理能力和更快的運算速度。     8085兼容8080指令系統，原來(lái)在8080上的軟件完全可以在8085上運行，在8080指令系統的基礎上僅新增了兩條指令，一是“讀”串行和中斷數據指令，而是“寫(xiě)”串行和中斷數據指令，顯然8085在8080的版本上作了許多改進(jìn)，使之功能進(jìn)一步增強。

8085的高位機種，16位的8086(如左圖)于1978年開(kāi)發(fā)出來(lái)，它在性能上有了更大的提高，不久，INTEL公司又發(fā)布了8088，8088除了外部數據總線(xiàn)為8位外，其它與8086是一致的，同樣具有16位數據的處理能力，并且8086已被廣泛應用于個(gè)人電腦上，晶體管的集成度已達到了29000個(gè)，運行速度達到了10MHz，應當說(shuō)8086是現代個(gè)人電腦微處理器的最初架構。

8086和性能上的提高取決于系統結構和工藝技術(shù)的改進(jìn)，它們采用了新的硅柵H-MOS技術(shù)，使用4微米的工藝制造，并在場(chǎng)效應管置上偏置以提高晶體管的工作速度，開(kāi)關(guān)速度近似于STTL(Schottky TTL電路)，達到了2ns，它們的時(shí)鐘頻率可達5-10MHz。

1981年,美國IBM公司采用了8088微處理器推出了個(gè)人電腦PC(personal computer)，即我們熟悉的IBM PC和IBM PC/XT機，此個(gè)人電腦的最大特點(diǎn)是，其基本軟件(如操作系統和BASIC)是由其他廠(chǎng)商引進(jìn)的，當時(shí)IBM公司已經(jīng)注重了軟件的兼容性，后來(lái)為IBM PC/XT機配置的軟件日益增多，從而使IBM PC/XT機得到進(jìn)一步的發(fā)展，以至后來(lái)出現了所謂的IBM兼容機產(chǎn)業(yè)。

隨后，INTEL公司又相繼發(fā)布了80186性能更勝一籌的16位微處理器，1982年80286(如左圖)隆重登場(chǎng)，這是計算機發(fā)展史上重要的里程碑，80286最主要的特征是它完全兼容以前推出微處理器所用的程序，正是它的誕生預示著(zhù)真正個(gè)人電腦時(shí)代的到來(lái)，經(jīng)過(guò)數年的銷(xiāo)售，80286微處理器個(gè)人電腦超過(guò)了1500萬(wàn)臺。

80286屬于超大規模集成電路，集成的晶體管數達到13萬(wàn)只，工作頻率最高也達到了12.5MHz。80286雖然與現在的Pentium(奔騰)的P4相比，性能相差甚遠，但當時(shí)的286電腦卻是貴族的奢侈品哦！

1985年,INTEL公司開(kāi)發(fā)出了32位微處理器80386，它是第一個(gè)可以同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的微處理器，由于它的數據寬度擴充到了32位，運算處理速度就不是以前16位微處理器可同日而語(yǔ)，同時(shí)它的集成度也比8028翻了一番，達到27萬(wàn)只晶體管/片，工作頻率也更高，達到33MHz，這些性能的提高均依賴(lài)于微電子工業(yè)超大規模集成電路技術(shù)工藝的進(jìn)步。雖然80386微處理器已廣泛應用于家用個(gè)人電腦，但是，當時(shí)的銷(xiāo)售價(jià)格仍然很高，還是難以進(jìn)入發(fā)展中國家的平民百姓家庭，大多數作為企事業(yè)單位的辦公設備。

80386及以前的個(gè)人電腦，均以命令方式進(jìn)行人機對話(huà)，這從一定程度上限制了個(gè)人電腦的普及，聰明的人們開(kāi)始把命令模式向圖形界面操作模式轉變，由于圖形操作界面需要的微處理器運算速度更快，處理能力更強，INTEL公司于1989年發(fā)布的40486被廣泛地應用于個(gè)人電腦，80486比起80386有了更長(cháng)足進(jìn)步，集成度高達120萬(wàn)晶體管，運行頻率也比80386高了一倍多，達75MHz，這樣的性能在當時(shí)的年代卻是相當喜人的。正是微處理器性能的不斷提升，個(gè)人電腦才真正走進(jìn)了平民百姓家。

1992年，INTEL公司的微處理器又上了一個(gè)新臺階，發(fā)布了新一代的微處理器Pentium，這一新型處理器，INTEL公司沒(méi)有命名為80586，而是Pentium（中文的譯音為“奔騰”），正是這一響亮的名字，使INTEL公司的個(gè)人電腦的微處理器今后獲得了飛速的發(fā)展。     Pentium微處理器比起80486有著(zhù)更強的功能，更快的速度，集成度已達到了300多萬(wàn)個(gè)晶體管，主頻達到了75MHz。這個(gè)時(shí)期，已有Cristy公司和AMD公司相繼的微處理器與INTEL公司搶占家用電腦的微處理機器市場(chǎng)，如5x86和k5系列等等。

隨著(zhù)圖形操作軟件的不斷推出和多媒體處理的需要，要求微處理器的處理功能更強，運算速度更快，特別對是浮點(diǎn)運算性能要求更高，1996年INTEL公司發(fā)布了性能優(yōu)越的微處理器，例如PentiumMMX166和MMX233（MMX意為多媒體擴展指令集），MMX曾被玩家們戲稱(chēng)為“媽媽叉”，Pentiu166被稱(chēng)之為“黑金剛”。同時(shí)AMD公司也欲與INTEL公司分享一杯美羹，推出了高性?xún)r(jià)比的K6系列微處理器。

1997年，INTEL公司又發(fā)布了PentiumII處理器，集成度達到了驚人的750萬(wàn)個(gè)晶體管，主頻更高達450MHz，性能更高，功能更強。同時(shí)PentiumII還一改過(guò)去的封裝形式，采用SEC（單邊接觸的封裝方式，如左圖），插座接口自然也由原來(lái)的socket7該成了socket1。這個(gè)時(shí)候，Microsoft公司的Windows95操作系統已經(jīng)占據了個(gè)人電腦操作系統的大半江山，家用電腦時(shí)代迎來(lái)了又一個(gè)春天。

1997年，INTEL公司的新一代微處理器PentiumIII隆重登場(chǎng)，這一新型處理器采用P6動(dòng)態(tài)執行架構，主頻從具450MHz-1.3GHz，外頻達133MHz，多任務(wù)系統總線(xiàn)及MMXTM 媒體增強技術(shù)，完全可以勝任商用、Internet和娛樂(lè )需要。是一款理想的家用和商用處理器。     同時(shí)，INTEL公司為與AMD公司爭奪微處理器的低價(jià)市場(chǎng)，推出了賽揚(Celeron)系列低價(jià)位處理器。賽揚系列處理器除了外頻稍低，內部Cache容量稍小外，其他與PentiumIII沒(méi)有多大區別，真可謂窮人的“寶馬”，特別是其出群超頻性能，電腦玩家玩得不亦樂(lè )乎！

2000年以后，INTEL的微處理制造技術(shù)到了登峰造極的地步，相繼發(fā)布了1.4-3.06GHz系列超高速處理器，系統總線(xiàn)更高達400Mhz和533MHz！512kB的高速二級緩存，采用INTEL公司的NetburstTM 微體系結構，0.13nm制程。Pentium4處理器可為您提供卓越的性能和系統響應性能，支持當今音視頻數據流、游戲，圖象等多媒體處理和多任務(wù)操作。    2002年春季，INTEL首席執行官貝瑞特在美國的舊金山會(huì )展中心宣布：不久的將來(lái)，INTEL將推出集成20億個(gè)晶體管，運行頻率達30GHz的新一代CPU。而新一代的桌面CPU—Prescott，基于NetBrust架構，采用90nm技術(shù)制造，這個(gè)產(chǎn)品將于2003年下半年投放市場(chǎng)。

不管您是否是INTEL的追隨者，INTEL公司的工程師們對世界計算機的貢獻功不可磨，我們不可否認他們在人類(lèi)計算機發(fā)展史上起了舉足輕重的作用，正是INTEL的電氣工程師們30年披荊斬棘的奮斗業(yè)績(jì)，使我們的計算機技術(shù)迎來(lái)了一個(gè)又一個(gè)希望的春天。