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说起CPU大家脑子里想到的最早应用的CPU就是INTEL 4004。其实4004只能算最早的商用CPU,在4004之前,还有一个家伙。

60年代中期,为了应对苏联的海上及陆基远程轰炸机的威胁,美国决定研制新一代的舰载攻击机。经过竞标,格鲁门公司的303E方案中标并量产,军用编号为F-14。

F-14最大的特点就是变后掠中单翼,通俗来讲就是机翼可以前后转动,通过改变后掠角度,获得低速飞行的稳定性和高速飞行的低阻力。虽然这种设计理念非常先进,但在当时还不成熟的飞控上却是一种挑战。机翼后略角度的不断变化,使飞机整体的重心,气动布局等也在实时的改变,而飞行员很难以完全适应这种不断的改变对飞机带来的操纵变化。因此设计制造了一种被称为“电子辅助系统中央空气数据计算机”CADA的设备,用来自动处理F-14飞行时的空气动力学数据。

MP944 位宽:4bit,制程:N/A,频率:0.0089MHz,

CADA 的CPU是MP944,它不是一颗单独的CPU,而是由6种芯片共同完成指令及运算的CPU组。一组CPU包含1个乘法单元(PMU),1个并行分频器单元(PDU),3个随机存储器(RAM),19个只读存储器(ROM),1个特殊逻辑功能单元(SLF)和3个转向逻辑单元(SLU)。CPU以0.0089MHz的速度计算飞机的静态,动态气压,温度等数据,并控制飞机的后掠翼及机翼前缘和襟翼,实现飞行辅助控制功能,让飞行员可以专注任务而不是与飞机的控制做搏斗。

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进入正题

3002:位宽:2bit,

INTEL在1973年推出一款编号3002的处理芯片。3002属于中央处理单元CPE,算不上中央处理器CPU,因为没有内建指令集,需要使用配套的MCU芯片3001导入指令才能进行逻辑运算,作为和CPU沾一点点边的产品。

CPU的前身DIP28白瓷金盖C3002

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4004:位宽:4bit,制程:10 μm,频率:0.108MHz,晶体管:2250

四颗芯片分别是随机访问存储器4001,只读存储器4002,移位寄存器4003,中央处理器(CPU)4004。

4004为4BIT运算处理器,支持4KB内存,拥有3层堆栈空间。虽然中央处理器(CPU),早在军工领域就有所应用。但INTEL的4004,却是首次将CPU带入了商用的领域。

现在的我们觉得电脑有这种通用性是很正常的,然而1969年的电子界还是专板专用的年代,一种电路适配一种使用场合。这种通用型的CPU概念绝对属于革命性的设计。

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DIP16黑塑料P4001

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DIP16黑塑料P4002

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DIP16黑塑料P4003

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8008:位宽:8bit,制程:10 μm,频率:0.5MHz~0.8MHz,晶体管:3500

8008支持16KB内存,拥有7层堆栈空间,8个输入端口和24个输出端口。虽然是8bit的开山之作,但8008的I/O和外部总线速度以及运行速度都较慢,而且此时的指令集较为简单,因此当年8008适用的场合并不多。

DIP18紫瓷金盖C8008

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4040:位宽:4bit,制程:10 μm,频率:0.108MHz,晶体管:2300

可能是INTEL对早期发布的4004不太满意,1974年,INTEL发布了4004增强版,命名为4040。4040增强了内存寻址能力到8KB,堆栈空间增加到7层,缓存器增加到24个,指令集也增加到了60个。

但1974年已经是8bit流行的年代了,特别是INTEL自家的8bit处理器8008都已经发布在前的情况下,姗姗来迟的4040仍旧是4bit位宽,问世即落伍。

DIP24白瓷金盖C4040

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DIP40黑塑料P8080

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8086:位宽:16bit,制程:2 μm,频率:4.77MHz~10MHz,晶体管:2.9万

1978年,INTEL在8085的基础上开发了新款的CPU,命名为8086。虽然8086与8085看上去只是一字之差,但8086却是INTEL第一款16bit位宽的CPU。8086支持16bit运算,拥有20条地址线,可直接寻址1MB的存储空间。更重要的是,8086完善了自8008以来的指令集,将指令集完善到300条,开创了X86指令架构。

DIP40黑塑料P8086

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8087:位宽:16bit,当年价格昂贵,所以出货量并不大,流传至今的也不多。

DIP40紫瓷金盖C8087

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8088:位宽:16bit,制程:3 μm,频率:6.66MHz~10MHz,晶体管:2.9万

正因为8088在成本和性能上找到了平衡点,良好的兼容性和传承性,打败了当时众多使用其他指令集的电脑厂商和品牌(其中就包括了早期的苹果电脑),让intel走到了个人电脑CPU的王者地位。8088由于廉价,加上当年被大量采用,出货极大。

DIP40灰瓷D8088

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80186:位宽:16bit,频率:6MHz~10MHz,

1980年,INTEL推出了8086的增强版80186。80186使用了8086的内核,并集成了中断控制器、定时器、DMA、I/O、UART、片选电路等外设,因此简化了周边电路的设计和整机成本,广受工控机,嵌入式主机的欢迎,

CLCC68紫瓷金底C80186

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PGA68紫瓷A80186

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80187:位宽:16bit,

INTEL在80186发布时同期,发布了配套的协处理器80187。然而186没有被广泛应用在PC上。

DIP40灰瓷D80C187

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PLCC44黑塑料N 80C187

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80188:位宽:16bit,

和8088一样,80188也是80186的简化(阉割)版,同样保持了内部16bit位的数据传输,外部简化成了8bit的数据传输,用于降低成本兼容周边设备。和186一样被PC抛弃,只在工控嵌入式领域找到了市场。

PGA68紫瓷A80188

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80286:位宽:16bit,制程:1.5μm,频率:6MHz~20MHz,晶体管:13.4万

1982年INTEL推出的8086真正的继任者80286。虽然80286仍旧是16bit位宽,但增加了更多的指令集和功能,比如具有了实时模式和保护模式,在保护模式下内存寻址能力达到了16MB,还可以通过虚拟内存获得更大的存储空间,并且支持多任务执行,加上频率提升较大,性能强劲,入选IBM PC-XT后的下一代个人电脑CPU。

PGA紫瓷A80286

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DIP紫瓷金盖C80287

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80386:位宽:32bit,制程:1.5μm~800nm,频率:12.5MHz~33MHz,晶体管:27.5万

1985年,INTEL推出了划时代的32bit处理器80386,可以处理32bit的数据,自此开始了20余年的32bit统治时代(直到酷睿2,INTEL才开始支持64bit)。80386除了内存寻址能力达到4GB外,还可以支持并管理64TB的虚拟内存空间。另外除了拥有286的实时模式和保护模式外,还增加了一种“虚拟86”的模式,模拟多处理单元(不是超线程),使用任务寄存器来管理任务的内存段,让电脑可以同时执行多任务,比如后台进行文件解压,同时前台玩扫雷。

到了386时代,CPU速度的发展远远超过了内存的速度,在实际使用中往往是CPU耗费大量的时间等待内存响应,拖累整体的运算速度。内存的速度不是不能做快,而是高速内存需要使用大量的晶体管,良品率无法保证,成本也很高。于是INTEL做了一个折中的办法,在80386的CPU和低速的内存之间加入一小部分高速存储,作为内存数据到CPU之间的缓冲,这就是高速缓存(内存也可以称为硬盘和CPU之间的低速缓存)。

运算时,内存先将CPU最需要的数据预先输送到缓存中,这样CPU在大部分时间里不用等待缓慢的内存响应,直接在高速的缓存里获得需要的数据,直到找不到需要的数据,才去内存里找。也就是说缓存越大,可以缓存的数据也越多,CPU找不到数据回头翻内存的几率也会越小,运算速度也就更快。但毕竟缓存需要的大量晶体管会降低CPU的良品率,所以最终INTEL还是将386的缓存外置在主板上,并没有集成到CPU内。

8085:位宽:8bit,制程:3 μm,频率:3MHz,晶体管:6200

1974年,INTEL内部研发团队发生了分裂,核心成员费德里科·法金博士(4004,8008,8080的缔造者)带领着安泽曼,西玛等一票核心成员,集体离职成立了Zilog公司,并开发出了比INTEL的8080性能更好的Z80处理器。INTEL为了和Zilog公司竞争,在1976年推出了8080的增强版8085。8085最大的改进,就是使用了单一的5V电压,而8080则需要5V和12V 两种电压,除了电压外,8085与8080完全兼容。因为少了一相电压,8085在周边电路的设计上得以简化,节约了设计成本。

DIP40紫瓷金盖C8085

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PGA紫瓷A80386DX

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QFP黑塑料NG0386SX

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PGA68紫瓷A80387DX

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终于来到我的电脑启蒙时代

80486:位宽:32bit,制程:1μm~600nm,频率:20MHz~100MHz,晶体管:120W

1989年,INTEL在80386的基础上推出了80486。本质上80486只是80386的改进版,并没有太大革命性的突破,甚至早期的80486还没有高频386性能强劲。同样是32bit数据位宽,支持4GB内存并可支持和管理64TB的虚拟空间,主要改进是将缓存内置在了芯片内,同时也支持外部的缓存。

还引入了倍频的概念,让CPU的速度不再受制于总线频率,大大提高了CPU的运算能力,另外增加了一些新的指令集以增强特定场合下的运算能力。和386不同,486DX型号原生集成协处理单元,可以脱离独立的协处理器处理浮点运算。

SOCKET3 PGA1紫瓷A80486DX

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80487:位宽:32bit,制程:800nm,

SOCKET3PGA紫瓷A80487SX

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Rapi CAD: 位宽:32bit,制程:800nm

PGA紫瓷Rapid CAD-1

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SOCKET370 PGA绿基板SL5GN

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SOCKET3 PGA紫瓷ODPR486DX

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LGA775LGA绿基板HH80553

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SOCKET3 PGA紫瓷ODP486SX

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Pentium:位宽:32bit,制程:800nm ~350nm,频率:50MHz~266MHz,晶体管:310W~450W

Pentium不再是386,486的改进版,而是全新设计的P5内核架构,全系内置协处理单元,得益于制程和工艺的优化,拥有强大的浮点运算能力。Pentium也不再是纯粹的CISC处理器,而是混合了一些RISC处理器的代码,比如超标量架构,UV指令等,大大提高了指令执行效率。内置一级缓存升级到16KB(8KB指令+8KB数据),并开始支持二级缓存,更进一步的提高数据命中率改善性能。但出于成本考虑,早期缓存被集成在主板上,并以总线的频率工作。

SOCKET4 PGA金盖紫瓷A80501

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SOCKET7 PGA金盖紫瓷A80502

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Pentium Pro:位宽:32bit,制程:600nm ~350nm,频率:133MHz~200MHz,晶体管:550W

1995年,当大家还习惯性把pentium认作586的时候,INTEL发布了pentium的增强版PentiumPro,因此也被很多人称作686。Pentium Pro中文名“高能奔腾”,使用了创新的P6架构,集成了32KB的一级缓存,最大的改变是将二级缓存内置在了芯片封装中,拥有最低256KB最大1MB的容量。

SOCKET8 PGA金盖紫瓷KB80521

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SOCKET370 PGA绿基板SL3Y2

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SOCKET423 PGA绿基板SL4WS

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SOCKET478 PGA绿基板SL5YR

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有些地方介绍可能有误