计算机diy结课作业。
题目cpu发展史。
专业机械设计班级 072102
姓名任瀚指导教师罗元胜
完成日期 2024年 12 月 28 日。
一、cpu的起源。
intel 4004（2024年）
2024年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器，。它是世界上第一款商用计算机微处理器，片内集成了2250个晶体管，晶体管之间的距离是10微米（也就是10000纳米，和现在的45纳米相差甚远），能够处理4bit的数据，每秒运算6万次，主频0.74mhz，运行的频率为108khz，成本不到100美元。
intel 4004微处理器最初是intel专门为日本一家名为busicom的公司设计制造，用于该公司的计算器产品。但由于技术原因，intel的延期交货让busicom公司颇为恼怒。与此同时，计算器领域的竞争日益激烈，当intel彻底完成4004芯片的设计和样品的生产时，busicom公司要求intel打折扣，intel同意了，但是它附加了一个条件：
允许intel在除计算器芯片市场之外的其它市场上自由**4004芯片---至此，intel公司完成了从单一的存储器制造商向微处理器制造商的转型。
intel 8008（1972）
随后英特尔又推出了8008， 它为世界上第一款八位元处理器。8008共推出两种速度，0.5 mhz以及0.
8 mhz，虽然比4004的工作时脉慢，不过因为是八位元处理器（比起4004的四位元），整体效能要比4004好上许多。8008可以支援到16kb的内存。c8008是比较珍贵的紫色陶瓷镀金接脚版本，d8008则是后期出的量产版。
8080作为代替电子逻辑电路的器件被用于各种应用电路和设备中，如果没有微处理器，这些应用就无法实现。但由于运算性能很差，其市场反应十分不理想。
intel 8080（2024年）
2024年，8008发展成8080，它于2024年4月发布，是一枚8位元处理器，时脉为2mhz，亦是第一枚可算得上的处理器。它集成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。8080比4004快十倍而且数据宽度也从4位扩展到8位，被广泛应用与各种控制系统和嵌入式系统中。
自2024年第一台个人电脑诞生以后，8080芯片帮助英特尔在几年后占据了电脑芯片的霸主地位 。
intel 8085（2024年）
英特尔公司于2024年又生产了增强型8085,但这些芯片基本没有改变8080的基本特点。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。8085设计上软件可以向前兼容于著名的intel 8080,但在硬件上的支援需求较低。
因此制造商可以生产出更便宜且更简单的电脑系统。
intel 8086（2024年）
2024年6月intel推出了8086微处理器，主频4.77mhz，最高主频速度为8mhz，采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，内存寻址能力为1mb。发布的时候，8086的时钟频率有4.
77，8和10mhz 三个版本，包括了具有300个操作的指令集。其中8mhz 版本包含了大约28,000个晶体管，具备0.8 mips 的能力。
同时英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令。人们将这些指令集统一称之为x86指令集。8086售价360美元， 在当时由于360美元过于昂贵，大部分人都没有足够的钱购买使用此芯片的电脑。
intel 8088（2024年）
由于8086过于昂贵，intel 在1年之后，推出了8086的简化版8088，是一款4.77mhz准16位微处理器。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，并用40针的dip封装，工作频率为6.
66mhz、7.16mhz或8mhz包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1mb内存地址，速度为0.33mips。
ibm公司2024年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。这也标志着x86架构和ibm pc 兼容电脑的产生，个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中，它也标志着一个新时代的开始。
intel 80186（2024年）
intel 80186是2024年推出的8086处理器的扩展产品，使用8086内核，只能使用1m内存，可以运行实模式的dos环境和其他嵌入式操作系统。主要针对工业控制/通信等嵌入式市场另外包括了中断控制器、定时器、dma、i/o、uart、片选电路等外设。开发工具除intel自己提供的c86、as86、link86工具外，也可以使用borland或微软的dos下的c编译器和csiloc/locate的方式，也有商业的完整toolchain，如paradigm/cad-ul。
80186处理器历史悠久，现在除intel公司外，amd公司、nec、rdc等公司也有系列兼容产品，在嵌入式领域有广泛应用，堪称嵌入式领域最成功的处理器之一。
intel80188(2024年)
intel 80186的一个衍生版本，跟80186不同的是，它只有一半的外部数据总线(external data bus)，由16位元减至8位元，以助减低成本。
80188有四个16位元通用暂存器，亦可作为八个8位元暂存器。另外，它有十六个16位元的暂存器，包括：堆栈指针〔stack pointer〕、索引寄存器〔index registers〕，以及状态寄存器〔status word register〕。
intel 80286(2024年)
2024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，采用16位资料总线和24位位址总线，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。
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。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。
ibm公司将80286微处理器用在先进技术微机即at机中，引起了极大的轰动。当时人们对自己电脑用的什么cpu也不关心，因为amd等公司生产的cpu几乎同英特尔的一样，直到486时代人们才关心起自己的cpu来。
8086～80286这个时代是个人电脑起步的时代，当时在国内使用甚至见到过pc机的人很少，它在人们心中是一个神秘的东西。到九十年代初，国内才开始普及计算机。
二、cpu的发展。
intel 80386（2024年）
intel 80386是一款x86系列cpu，发布于2024年10月17日。它首次在x86处理器中实现了32位系统，首次采用高速缓存（外置）解决内存速度瓶颈问题，并可配合使用80387数字辅助处理器增强浮点运算能力，由于这些设计，80386的运算速度达到了前代产品80286的数倍。它有三种工作模式：
真实模式、保护模式、虚拟86模式。真实模式为dos系统的常用模式，直接内存访问空间被限制在1m位元组；保护模式下80386-dx可以直接访问4g位元组的内存，并具有异常处理机制；虚拟86模式可以同时模拟多个8086处理器来加强多工处理能力。80386处理器被广泛应用在2024年代中期到2024年代中期的ibm pc相容机中，将pc机从16位时代带入了32位时代。
80386的强大运算能力也使pc机的应用领域得到巨大扩展，商业办公、科学计算、工程设计、多**处理等应用得到迅速发展。
初期推出的80386 dx处理器集成了大约27.5万个电晶体，工作频率为12.5mhz。此后80386处理器逐步提高到20mhz、25mhz、33mhz直至最后的40mhz。
几种80386衍生产品：
1.80386-dx：主流版本。内部和外部资料汇流排都是32 位，位址汇流排也是32位。
2.80386-sx：2024年末推出的廉价版本。
外部资料汇流排16位，位址汇流排24位，与80286相同，从而方便80286电脑的升级。它是一种准32位处理器(内部总线32位，外部16位)由于内部的32位结构及其他优化设计，80386-sx性能仍大大优于80286，而**只相当于80386-dx的三分之一，因而很受市场的欢迎。与之相配的数学辅助处理器型号为80387-sx。
3.80386-sl：2024年推出的低功耗版本，基于80386-sx。增加了系统管理方式（smm）工作模式，具有电源管理功能，可以自动降低运行速度乃至休眠状态以实现节能。
4.80386-dl：2024年推出的低功耗版本，基于80386-dx。与80386-sl类似。
am386：2024年推出，核心代号p9，amd 386sx是一个完全的16位处理器。
386slc：由ibm在研究80386的基础上设计的，和80386完全兼容，由英特尔生产制造。386slc基本上是一个在80386sx的基础上配上内置cache，同时包含80486sx的指令集，性能也不错。
它采用了1μm制造工艺，内部集成了120万个晶体管。此外，80486微处理器还引进了时钟倍频技术和新的内部总线结构，从而使主频可以超出100mhz。
intel 80486（2024年）
2024年，我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出，32位微处理器，内外部数据总线是32位，地址总线为32位，可寻址4gb的存储空间，支持虚拟存储管理技术，虚拟存储空间为64tb。片内集成有浮点运算部件和8kb的cache（l1 cache），同时也支持外部cache（l2 cache）。整数处理部件采用精简指令集risc结构，提高了指令的执行速度。
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。
其中集成的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80386dx性能提高了4倍。随着芯片技术的不断发展，cpu的频率越来越快，而pc机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了cpu主频的进一步提高。在这种情况下，出现了cpu倍频技术，该技术使cpu内部工作频率为微处理器外频的2～3倍，486dxdx4的名字便是由此而来。
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