32位处理器的攻“芯”计:英特尔如何称霸PC江湖? 《处理器史话》之六

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处理器发展到现代几乎无人不知英特尔,曾经一度英特尔的商标打在笔记本电脑上是一个优秀的标识,而且这样的联合宣传捧红了一系列的笔记本电脑厂商:IBM、联想、戴尔、宏碁...也在PC史上成就一段一段的创奇,处理器测车轮转到英特尔时代,就让我们看看它是怎么走向了PC的巅峰。
 
IBM虽然创造了 “PC”,但是大大低估了对PC的需求。IBM原来预计在一年中售出241683台PC,然而实际上一个月的订货量就超出了预期。
 
有句名言一语道破了市场需求、技术升级、行业竞争之间的关系:
“我们市场行为主要的导向因素,第一个是市场需求的导向,第二个是技术进步的导向,第三大导向是竞争对手的行为导向 。”
处理器的发展,非常准确地验证了这个观点。
 
Intel的三级跳
市场的需求,是技术升级的动力,从1981年到1985年,短短的4年时间里,处理器便实现了从16位向32位的跨越。
下面是Intel的“三级跳”。
1
80186
1981年,发布了80186和80188。
这两款微处理器内部均以16位工作,在外部输入输出上80186采用16位,而80188和8088一样均是采用8位工作。这是一颗性能介于8088,80286之间的CPU。但事实上80186从来都没有在PC中应用,它仅仅存在于一个小范围的圈子中。从这个时候起,AMD公司已经开始生产80186 CPU了。
 
2
80286
Intel最后一块16位CPU。
1982年2月1日:在80186发布后的几周,80286就发布了。
80286处理器集成了大约13.4万个晶体管,最大主频为20MHz,采用16位资料总线和24位位址总线。与8086相比,80186/80188增强了部分软硬件功能 80286增加了实存(24位地址)和虚拟存储器管理,可以在两种不同的模式下工作:一种叫实模式,另一种叫保护方式。
80286开始正式采用一种被称为PGA的正方形包装。
3
Intel 80386
80x86系列中的第一种32位微处理器。
1985年10月,Intel推出16MHz 80386DX微处理器(最高33MHz 主频),可以直接访问4G字节的内存,并具有异常处理机制;虚拟86模式可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力。
 
80386的广泛应用,将PC机从16位时代带入了32位时代。此外它还具有比80286更多的指令集。发布时,80386的最快速版本的主频为20MHz,具备6.0 MIPs,包含275,000个晶体管。
 
当时,IBM已经收到大量286机器的订单,不愿立即转向386,同时IBM担心长期受制于Intel芯片,开始暗中开发自己的处理器,所以对是否采用386芯片不置可否。
 
鹬蚌相争,总会有人得利,这个收获颇丰的渔翁便是Compaq,它乘机而上推出386芯片的电脑,迅速占领了市场。
 
1988年6月16日:80386SX 发布,它是80386DX的廉价版本,只有16-bit总线宽度。
 
在此后的芯片争夺战中,Intel 推出了Pentium系列处理器,再度遥遥领先,从而开启了“奔腾”的时代,以至于将“Pentium”的标志,作为PC性能的标签。拥有一颗奔腾的“芯”,一度成为万千消费者的心愿。
 
 
奔腾的“芯”历程
 
下图为20世纪90年代到21世纪初期,两个主要的系列处理器发展的路线,左侧为AMD产品的路线,右侧为Intel产品的路线。
 
4
 
1993年:Intel Pentium 处理器问世。
Pentium是Intel首个放弃利用数字来命名的处理器产品,在微架构上取得突破,让电脑更容易处理“现实世界”的资料,例如语音、声音、书写、以及相片影像。源自漫画与电视脱口秀的Pentium,在问市后立即成为家喻户晓的名字,Intel Pentium处理器晶体管数目为310万颗。
 
1996年:Intel Pentium Pro处理器。
初步占据了一部分CPU市场的INTEL并没有停下自己的脚步,在其他公司还在不断追赶自己的奔腾之际,又在1996年推出了最新一代的第六代X86系列CPU P6。
 
5
 
PentimuPro的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。
 
值得注意的是在PentimuPro的一个封装中除PentimuPro芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片,两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连,处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中,这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。
 
PentiumPro 200MHZ CPU的L2CACHE就是运行在200MHZ,也就是工作在与处理器相同的频率上。这样的设计令PentiumPro达到了最高的性能。而PentimuPro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术,这是继Pentimu在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。
 
6
 
1997年: Intel Pentium II 处理器。
内含750万个晶体管的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。
 
1998年:Intel Celeron 处理器。
1998 年,AMD的低价政策奏效,以 1/3 于 Intel 同时代处理器的价格,成功的大举入侵低价处理器市场,当时基本型电脑大行其道,加上 AMD 的 K6-2 处理器本身的整数运算能力优,非常适合一般家庭的基本需求,各大厂纷纷推出 Socket-7 平台的低价电脑。
 
这段期间,Intel 为了完全主导下一代处理器走向,宣布放弃 Socket-7 架构,和美国国家半导体 共同发表了新一代架构-Slot-1,并且推出全新架构的处理器- Pentium II。
 
虽然这款处理器,成功的打入主流市场,不过昂贵的 Pentium II,加上昂贵的主机板,使得 Intel 完全失去低价市场的这块大饼。为了入侵这块市场,急需推出新款的低价处理器投入战场,但设计一款新的处理器,所需要投资的初期研发成本相当高,所以 Intel从原有的 Pentium II 处理器着手,这便是Celeron,在 1998 年3月,被正式推出。
 
当初推出的 Celeron 处理器,架构上维持和 Pentium II 相同 (Deschutes),采用 Slot-1,核心架构也和 Pentium II 一样,具有 MMX 多媒体指令集,但是原本在 Pentium II 上的两颗 L2 快取记忆体则取消了。
 
事实证明Celeron 低价处理器,在 Winstone 测试中,成绩低的可怜,所以,Intel 最早推出的 Celeron 266/300 MHz,在效能上一直为大家所唾弃。
 
1998年:Intel Celeron 300A处理器。
1998年8月24日,这个日子让一些热爱硬件的人们都会无法忘记,Intel推出了装有二级高速缓存的赛扬A处理器,这就是日后被众多DIYer捧上神坛的赛扬300A,一个让经典不能再经典的型号。 
赛扬300A,从某种意义上已经是Intel的第二代赛扬处理器。
 
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赛扬300A的经典,并不仅仅是因为它的超频(多数赛扬300A可以轻松超频至550MHZ),还在于赛扬300A的超频性几乎造就了一条专门为它而生的产业链,主板、转接卡......有多少这样的产品就为了赛扬300A而生。一时间,报纸杂志网络媒体都在讨论这款Celeron300A的超频方式、技巧、配合主板、内存等等。DIY的超频时代正式到临。
 
1999年: Intel Pentium III 处理器。
Intel 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。
 
2000年: Intel Pentium 4 处理器。
采用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,晶体管数目约为4200万颗。
 
回想一下,首款微处理器Intel 4004的运作频率为108KHz,Pentium 4初期推出版本的速度就高达1.5GHz,若汽车速度在同一时期以相同的速度向上攀升,从旧金山开车到纽约仅仅需要13秒。
 
翌年8月,Pentium 4 处理器速度达到2 GHz的里程碑。
 
2002年: Intel Pentium 4 HT处理器。
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 ,该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微米制造技术。
 
翌年,内建超线程技术的Intel Pentium 4处理器频率达到3.2 GHz。
 
2003年:Intel Pentium M处理器。
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。
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Pentium M处理器实物图片
 
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,芯片做出了优化及一系列与减少功耗有关的设计。
 
2005年: Intel Pentium D 处理器。
首颗内含2个处理核心的Intel Pentium D 处理器登场,正式揭开x86处理器多核心时代。
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