La historia del desarrollo de la CPU.
Posteriormente, Intel desarrolló el procesador 8080 y el procesador 8085, que junto con el microprocesador MC6800 de Motorola y el microprocesador Z80 de Zilog formaron una familia de microprocesadores de ocho bits.
El producto típico de microprocesador de 16 bits es el microprocesador 8086 de Intel, y el coprocesador matemático producido al mismo tiempo es el 8087. Los dos chips utilizan conjuntos de instrucciones compatibles, pero algunas instrucciones específicas para cálculos matemáticos como logaritmos, exponenciales y funciones trigonométricas se agregan al conjunto de instrucciones 8087. Debido a que estas instrucciones se aplican a 8086 y 8087, en conjunto se denominan conjunto de instrucciones X86. Desde entonces, todos los productos de CPU de nueva generación lanzados por Intel son compatibles con las instrucciones originales X86.
En 1979, Intel lanzó el chip 8088, que todavía era un microprocesador de 16 bits, que contenía 29.000 transistores, una frecuencia de reloj de 4,77 MHz, un bus de direcciones de 20 bits y podía utilizar 1 MB de memoria. El bus de datos interno del 8088 es de 16 bits y el bus de datos externo es de 8 bits. En 1981, el chip 8088 se utilizó por primera vez en la PC IBM. Si el procesador 8080 no es muy conocido, entonces se puede decir que el 8088 es un nombre familiar. La CPU de primera generación de computadoras personales-PC comenzó a partir de él. Aunque el chip 80286 de 1982 era un chip de 16 bits, ya contenía 13,4 mil transistores y la frecuencia del reloj alcanzó una cifra sin precedentes de 20 MHz. Sus buses de datos internos y externos son de 16 bits y su bus de direcciones es de 24 bits. Se pueden utilizar 16 MB de memoria y los modos de trabajo disponibles son modo real y modo protegido.
El producto representativo de los microprocesadores de 32 bits es el 80386 lanzado por Intel en 1985. Se trata de un chip de microprocesador completo de 32 bits y el primer chip de 32 bits de la familia X86. Contenía 275.000 transistores y tenía una frecuencia de 12,5 MHz, aumentando gradualmente hasta 33 MHz. Los buses de datos internos y externos de 80386 son de 32 bits, y el bus de direcciones también es de 32 bits, que puede direccionar 4 GB de memoria. Además del modo real y el modo protegido, también agrega un modo de trabajo virtual 86, que puede proporcionar capacidades multitarea simulando múltiples procesadores 8086 al mismo tiempo. En 1989, Intel lanzó el chip procesador de casi 32 bits 80386SX. Su bus de datos interno es de 32 bits, igual que el 80386, y el bus de datos externo es de 16 bits. En otras palabras, la velocidad de procesamiento interno de 80386SX es cercana a la de 80386, y también admite verdaderas operaciones multitarea y puede aceptar el desarrollo de chips de interfaz de entrada/salida para 80286. El rendimiento del 80386SX es mejor que el del 80286 y el precio es solo un tercio del 80386. El procesador 386 no tiene un coprocesador incorporado, por lo que no puede ejecutar instrucciones de punto flotante. Si necesita realizar operaciones de punto flotante, debe comprar el costoso chip coprocesador 80387.
A finales de los 80 y principios de los 90, apareció el procesador 80486, que integraba 12.000 transistores, y la frecuencia del reloj aumentó gradualmente de 25 MHz a 50 MHz. 80486 integra 80386, el coprocesador matemático 80387 y un caché de 8 KB en un chip, y utiliza tecnología RISC (conjunto de instrucciones reducido) por primera vez en la serie X86, que puede ejecutar una instrucción en un ciclo de reloj. También utiliza el modo de bus en ráfaga, que mejora enormemente la velocidad del intercambio de datos con la memoria. Debido a estas mejoras, el 80486 funciona 4 veces mejor que el 80386 con el coprocesador 80387. Los primeros 486 se dividían en 486DX con coprocesador y 486SX sin coprocesador, y sus precios también eran muy diferentes.
Con el desarrollo continuo de la tecnología de chips, la frecuencia principal de la CPU es cada vez más rápida y los dispositivos externos de la PC están limitados por la tecnología, lo que dificulta una mayor mejora de la frecuencia principal de la CPU. En este caso, apareció la tecnología de multiplicación de frecuencia de la CPU, que hace que la frecuencia de trabajo interna de la CPU sea 2-3 veces la frecuencia externa del procesador, de ahí los nombres 486DX2 y 486DX4.
A mediados de los 90 salió una nueva generación de procesadores 586, superando a los 486 procesadores en todos los aspectos. Para eliminar la confusión de nombres de procesadores en la era 486, Intel, el mayor fabricante de CPU, nombró a su producto de nueva generación Pentium para distinguir los productos AMD y Cyrix. AMD y Cyrix también lanzaron procesadores K5 y 6x86 para hacer frente a Intel, pero debido a que el procesador Pentium tiene el mejor rendimiento, Intel ocupó gradualmente la mayor parte del mercado.
No hace falta que diga que todo el mundo conoce bien el desarrollo de la CPU. A principios de 1997, se lanzó Pentium MMX, Pentium II y AMD K6 a mediados de año y Cyrix6x8MX a finales de año. En 1998, había "tres pilares", con PII, Cy Young, K6-2 y MII luchando entre sí. Desde el lanzamiento del Pentium II, Intel ha abandonado el antiguo mercado del Socket 7 y ha impulsado la arquitectura avanzada del Slot 1. Pero esta vez Intel cometió un error. A medida que la demanda mundial de PC de bajo precio por debajo de los 1.000 dólares sigue aumentando, el procesador K6-2 de AMD llena un vacío en este segmento de gama baja. La tecnología de bus AGP y el FSB de 100 MHz, que originalmente solo se implementaron en la ranura 1, también se implementaron en la era Super 7 de la que AMD fue pionera. Aunque el rendimiento de K6-2 y Super 7 todavía está muy por detrás de PII con la misma frecuencia, el bajo precio aún permite a AMD capturar casi el 30% de la cuota de mercado minorista de CPU. AMD se ha ganado el favor de muchos consumidores con su actitud de no temer a enemigos fuertes.
Desafortunadamente, en 1999, ante el feroz contraataque de Intel, AMD comenzó a decaer y sus ventas en el mercado fueron muy pobres. Cyrix perdió la guerra de los procesadores. Originalmente quería confiar en NS (National Semiconductor) para regresar, pero ya era demasiado tarde y finalmente fue adquirido por el fabricante de chipsets VIA en junio.
Posteriormente, dos nuevas empresas que entran en el mercado de procesadores, IDT y Ruisi, tienen características propias en términos de innovación tecnológica y posicionamiento en el mercado. Winchip C6 y Winchip C6-2 de IDT están dirigidos principalmente al mercado doméstico de gama baja, mientras que los procesadores de Rise ingresan principalmente al campo de las computadoras móviles. Desafortunadamente, ellos también viven firmemente bajo la presión de los productos Intel. A mediados de 1999, apenas un mes después de la adquisición de Cyrix, VIA adquirió IDT. Al mismo tiempo, Rise también fue adquirida por SIS (Silicon Systems Technology), otro fabricante de chipsets. Posteriormente, se informó que Rise se había retirado del mercado de procesadores de PC y se había centrado en el mercado de chips de procesamiento de electrodomésticos. De esta forma, tras un reajuste, el mercado de procesadores para PC ha mostrado una nueva tendencia de tres patas. AMD ha dado un gran giro con el Athlon-K7 lanzado en agosto. Por primera vez en la historia, el K7 se ha convertido en el procesador más rápido con un rendimiento general que supera a los productos similares de Intel y su participación de mercado tiende a expandirse aún más. Después de adquirir Cyrix e IDT, VIA integró las últimas tecnologías de las dos empresas y planeó lanzar un procesador Joshua-Joshua compatible con Socket370 a principios de 2000, centrándose en el mercado de gama baja. En resumen, a medida que la competencia se vuelve feroz, las empresas están haciendo todo lo posible para desarrollar los mejores, más rápidos y más recientes productos de procesador para los consumidores.
La gloria del fin de siglo: Pentium III
A principios de 1999, Intel lanzó el procesador Pentium III de tercera generación. Los primeros procesadores Pentium III utilizaban el núcleo Katmai, con frecuencias de 450 MHz y 500 MHz. La característica más importante de este núcleo es el conjunto de instrucciones multimedia actualizado llamado SSE, que agrega 70 nuevas instrucciones basadas en MMX para mejorar las aplicaciones tridimensionales y de punto flotante y es compatible con todos los programas MMX anteriores.
Pero para ser justos, aparte del conjunto de instrucciones SSE mencionado anteriormente, no hay nada atractivo en el Pentium III con núcleo Katmai.
Básicamente todavía conserva la arquitectura Pentium II, utilizando un proceso de 0,25 micrones, FSB de 100 Mhz, arquitectura Slot1 y caché L2 de 512 KB (funcionando a la mitad de la velocidad de la CPU), por lo que la mejora del rendimiento no es significativa. Sin embargo, cuando el Pentium III apareció por primera vez en el mercado, causó furor. Alguien compró una vez el primer lote de Pentium 3 a un precio elevado de más de 10.000 yuanes.
El procesador Pentium III de primera generación (Katmai)
se puede mejorar mucho, de 500 Mhz a 1,13 Ghz, y el rendimiento de overclocking se ha mejorado mucho, y el alcance puede llegar a más. de 50. Además, su caché de segundo nivel también está sincronizada con la frecuencia de la CPU, pero la capacidad se reduce a 256 KB.
Procesador Pentium III de segunda generación (Coppermine)
Además de las mejoras aportadas por el proceso de fabricación, algunos Pentium III de Coppermine también cuentan con una frecuencia de bus de 133Mhz y Socket370. Para distinguirlos, Intel agregó una "B" después del modelo Pentium III del bus de 133Mhz y una "E" después del socket Socket370. Por ejemplo, la frecuencia es 550EBMhz y la frecuencia externa es 133Mhz.
Al ver la popularidad del Pentium III utilizando el núcleo Coppermine, Intel comenzó a sustituir el procesador Celeron por este núcleo. A mediados del año 2000 se lanzó al mercado el procesador Celeron con núcleo Coppermine128, comúnmente conocido como Celeron2. Debido al cambio al proceso 0.18, el rendimiento de overclocking de Celeron ha dado otro salto y el rango de overclocking puede llegar a 1000.
Procesador Celeron de segunda generación (Coppermine 128-core)
El contraataque desesperado de AMD: Athlon
En cuanto a AMD, para luchar contra Pentium III, lanzó el procesador K6-3. El procesador K6-3 está diseñado con una estructura de tres niveles, con caché integrada de primer nivel de 64 K (Nivel 1) y caché de segundo nivel de 256 K (Nivel 2). La placa base está equipada con una caché de tercer nivel (Nivel). 3). ¡El procesador K6-3 ahora también admite 3D mejorado! Debido a problemas de costo y rendimiento en el conjunto de instrucciones, el procesador K6-3 no tuvo mucho éxito en el mercado de las computadoras de escritorio, por lo que gradualmente desapareció del mercado de las computadoras de escritorio y entró en el mercado de las computadoras portátiles.
Lo que realmente enorgullece a AMD es el procesador Athlon cuyo nombre original en código era K7. Athlon tiene un núcleo Risc superescalar con superescalar, supercanalización y multicanalización. Utiliza un proceso de 0,25 micras e integra 22 millones de transistores. Athlon incluye tres decodificadores, tres unidades de ejecución de números enteros (IEU), tres unidades de generación de direcciones (AGU) y tres unidades multimedia (unidades de punto flotante). Athlon puede ejecutar tres transistores en el mismo ciclo de reloj. K7 incluye tres decodificadores, que envían instrucciones de operación macro decodificadas (K7 decodifica instrucciones X86 en instrucciones de operación macro y convierte instrucciones X86 de diferentes longitudes en instrucciones de operación macro de la misma longitud, lo que puede aprovechar al máximo la potencia del núcleo RISC) Para la unidad de control de instrucciones, la unidad de control de instrucciones puede controlar (guardar) 72 instrucciones al mismo tiempo. Luego, las instrucciones se envían a la unidad entera o unidad multimedia. La unidad entera puede programar 18 instrucciones simultáneamente. Cada unidad entera es una canalización independiente y la unidad de programación puede predecir las ramas de instrucciones y ejecutarlas desordenadas. La unidad multimedia del K7 (también llamada unidad de punto flotante) tiene un registro de pila al que se le puede cambiar el nombre. La unidad de programación de punto flotante puede programar 36 instrucciones simultáneamente y los registros de punto flotante pueden almacenar 88 instrucciones. Entre las tres unidades de punto flotante, hay un sumador y un multiplicador. Estas dos unidades pueden ejecutar instrucciones MMX e instrucciones 3DNow. También hay una unidad de punto flotante responsable de cargar y guardar datos. Gracias a la potente unidad de punto flotante del K7, los procesadores AMD superaron por primera vez a los procesadores Intel.
Athlon tiene un caché integrado de alta velocidad de 128 KB (caché L1) y un caché L2 externo de 1/2 frecuencia y capacidad de 512 KB, que puede admitir hasta 8 MB de caché L2. Las cachés de gran tamaño pueden aumentar aún más el enorme rendimiento de datos que requieren los sistemas de servidores.
El paquete y la apariencia de Athlon son similares a los de Pentium II, pero Athlon usa la especificación de interfaz Slot A. La interfaz Slot A se deriva del bus Alpha EV6, con una frecuencia de reloj de hasta 200 MHz, lo que hace que el ancho de banda máximo alcance 1,6 GB/S. Sigue siendo compatible con el bus tradicional de 100 MHz en el bus de memoria, lo que protege y reduce la inversión del usuario. costos. Posteriormente, se adoptó DDR SDRAM de mayor rendimiento, que tiene un rendimiento de datos similar al RAMBUS de 800MHz promovido por Intel. El bus EV6 puede soportar hasta 400MHz y puede soportar perfectamente multiprocesadores. Entonces hay ventajas naturales. Debes saber que Slot1 solo admite procesadores duales, mientras que SlotA puede admitir 4 procesadores. SlotA se parece mucho al Slot1 tradicional, al igual que Slot1 tiene 180 grados al revés, pero son completamente incompatibles en términos de especificaciones eléctricas y protocolos de bus. Una CPU en Socket 1/Socket 370 no se puede instalar en una placa base Athlon en Socket A, y viceversa.
3. CPU en el nuevo siglo
Desde que entró en el nuevo siglo, la CPU ha entrado en una era de desarrollo más rápido y la marca de 1 Ghz, antes inalcanzable, se ha superado fácilmente. En términos de distribución de mercado, Intel y AMD siguen compitiendo por la hegemonía. Han lanzado Pentium4, Tualatin Pentium II y Celeron, Tunderbird Athlon, AthlonXP y Duron respectivamente, y la competencia es cada vez más feroz.
1. En cuanto a Intel, a finales del siglo pasado, el 11 de junio de 2000, Intel lanzó su procesador Pentium de cuarta generación, que es el Pentium 4 con el que podemos entrar en contacto todos los días. . Pentium 4 no sigue la arquitectura PIII, pero adopta un nuevo diseño, que incluye un bus frontal equivalente de 400 MHz (100 x 4), conjunto de instrucciones SSE2, caché secundaria de 256 K-512 KB, nueva tecnología de canalización y arquitectura NetBurst, con una frecuencia inicial de 1,3 GHz
El primer núcleo Pentium4 es Willamette, un nuevo Socket 423, integrado con caché L2 de 256 KB, que admite un conjunto de instrucciones SSE2 más potente y hasta 20 canalizaciones superescalares, que coinciden con el grupo de chips de las series i850/i845. Posteriormente, Intel lanzó sucesivamente procesadores Willamette P4 de 1,4 GHz a 2,0 GHz. Posteriormente, los procesadores P4 cambiaron a zócalos Socket 478 con más pines.
El procesador Pentium 4 (Socket423) de primera generación
Al igual que el Pentium III, el primer núcleo Pentium 4 no recibió muchos elogios, principalmente porque la nueva arquitectura de CPU no podía ser completamente compatible con el software del programa, por lo que Pentium 4 a menudo va muy por detrás de Athlon en la misma frecuencia, incluso como el propio Pentium III de Intel. Sin embargo, un año después, Intel lanzó el segundo núcleo Pentium4, con el nombre en código Northwood, que se cambió a un proceso más fino de 0,13 micrones, integrado con una caché L2 más grande de 512 KB, y el rendimiento mejoró enormemente. Junto con la incansable promoción de Intel y el apoyo de los fabricantes de chips de placas base, el Pentium 4 se ha convertido en el procesador de gama media a alta más popular.
El procesador Pentium 4 (Socket478) de segunda generación
En CPU de gama baja, Intel lanzó el núcleo Celeron de tercera generación con nombre en código Tualatin, que también se cambió a 0.13 proceso de micras. Al mismo tiempo, la capacidad de la caché secundaria se incrementó a 256 KB y la frecuencia externa también se incrementó a 100 Mhz. Las principales frecuencias actuales del Tualatin Cy Young son 1.0 y 1.655. Intel también lanzó Pentium III usando un núcleo Tualatin, que integraba un caché L2 más grande de 512 KB, pero solo se usaban en los mercados de servidores y computadoras portátiles y rara vez se veían en el mercado de computadoras de escritorio.
Procesador Celeron que utiliza núcleo Tualatin de tercera generación
2 En AMD, el segundo núcleo Athlon Tunderbird fue lanzado a mediados del 2000.
Este núcleo Athlon tiene las siguientes mejoras: Primero, se mejora el proceso de fabricación a 0,18 micras, y segundo, se cambia la interfaz de instalación a Socket, similar al Socket370, pero el número de pines es 462. El caché L2 final se cambia a 256 KB, pero la velocidad está sincronizada con la CPU, que es la misma que la del Pentium III con núcleo de cobre.
El Athlon que utiliza el núcleo Tunderbird no sólo está ligeramente por delante del Pentium III en rendimiento, sino que su frecuencia máxima es siempre superior a la del Pentium III. Esta CPU alcanzó por primera vez el hito de la velocidad de reloj de 1 Ghz. Sin embargo, con el lanzamiento del Pentium 4, Tunderbird comenzó a quedarse atrás de sus competidores en frecuencia. Con este fin, AMD lanzó el tercer núcleo Athlon Palomino y adoptó un nuevo sistema de denominación de frecuencias. A partir de entonces, el número en el modelo Athlon no representó la frecuencia real, sino que se convirtió en una frecuencia equivalente al rendimiento del producto de la competencia (es decir, Intel) según una fórmula, y el nombre se cambió a AthlonXP. Por ejemplo, la frecuencia real del procesador AthlonXP1500 no es de 1,5 Ghz, sino de 1,33 GHz. Finalmente, AthlonXP también es compatible con el conjunto de instrucciones SSE de Intel y puede ejercer plenamente su rendimiento en software optimizado para el conjunto de instrucciones SSE.
Procesador Athlon que utiliza el núcleo Tunderbird de tercera generación
En la CPU de gama baja, AMD lanzó la CPU Duron, que tiene la misma arquitectura básica que el Athlon excepto que la segunda El caché de nivel es de solo 64 KB. Desde su lanzamiento, el Duron se ha alejado del Celeron, que también se centra en el mercado de gama baja, con un precio más bajo. Duron se ha convertido desde hace tiempo en la primera opción para máquinas económicas compatibles con el bricolaje, pero Duron también tiene su debilidad fatal. En primer lugar, hereda las características de alta generación de calor del Athlon y, en segundo lugar, su núcleo es muy frágil y se daña fácilmente al instalar un disipador de CPU. Por tanto, aunque es muy popular en el mercado de máquinas compatibles, nunca ha podido entrar en el mercado de máquinas de marca más rentable.
Procesador Duron
IV. Dirección de desarrollo futuro de la CPU
Al observar el historial de desarrollo de la CPU anterior, no es difícil dibujar la siguiente dirección de desarrollo. de CPU: primero, más. El segundo es un proceso de fabricación más pequeño y el tercero es un caché más grande. Además de estos tres puntos, los procesadores de PC evolucionarán lentamente desde un ancho de banda de datos de 32 bits a un ancho de banda de datos de 64 bits.
1. El plan de futuro de Intel. Antes de la fecha límite de este libro, la CPU de mayor frecuencia ha alcanzado los 2,4 Ghz. El objetivo de Intel es llegar a los 3 Ghz este año y a los 10 Ghz dos años después. Con este fin, Intel lanzará el núcleo Northwood con una frecuencia de bus de 533 Mhz a mediados de 2002. Según el plan, en 2003 Intel también lanzará un núcleo Prescott con un proceso de 0,09 micras, que funcionará a frecuencias superiores a 3,5 GHz (o incluso superiores) y utilizará un FSB más eficiente de 667 MHz (166 MHz x 4) u 800 MHz ( 200MHz x 4), pero por ahora Prescott solo está por escrito. Después de todo, no se lanzó oficialmente hasta 2003, por lo que actualmente no hay más información al respecto.
Además, Intel también reveló que lanzará nuevos productos de procesador basados en una arquitectura de transistores de terahercios en 2005, utilizando muchas tecnologías avanzadas como la tecnología SOI y aisladores de alta k. En pocas palabras, puede minimizar el consumo de calor y energía del chip y aumentar considerablemente la frecuencia operativa del procesador. En teoría, los productos de procesamiento de 10 GHz a 20 GHz se pueden fabricar utilizando una arquitectura de transistores de terahercios.
Por supuesto, para alcanzar una frecuencia de funcionamiento tan alta, sólo los transistores de terahercios no son suficientes. También requiere el apoyo de la nueva tecnología de empaquetado BBUL (bump-less build-up), que puede producir chips con un espesor de sólo 1 mm y 100 millones de transistores integrados. La tecnología BBUL no es diferente de la tecnología de envasado actual, pero la tecnología central es completamente diferente. BBUL adopta un método integrado, directamente en el chip desnudo (Die). Dado que BBUL acorta el canal de transmisión de datos, la velocidad de frecuencia del reloj de todo el chip aumentará considerablemente y, naturalmente, el consumo de energía será menor.
2) Los planes de futuro de AMD.
Para cuando se publique este libro, el tercer núcleo de velociraptor, "Pura sangre", debería haber sido lanzado. Thoroughbred utiliza el núcleo del Palomino, pero cambia a un FSB de 166 MHz y un proceso de 0,13 micrones más eficiente. Debido a la mejora del proceso de fabricación, su generación de calor y tamaño de chip son mucho más pequeños que los de Palomino, y también utiliza interfaz Socket A y empaque OPGA. Las placas base Athlon XP existentes son compatibles con Thoroughbred (AMD anunció en la exposición Purebred The Stallion). la máquina de demostración utilizó un chipset AMD-760); sin embargo, no se ha anunciado si Thoroughbred aumentará la capacidad de caché.
AthlonXP tiene un núcleo completo
La nueva generación de Appaloosa adopta un núcleo de pura raza simplificado. Según la última hoja de ruta de desarrollo de procesadores de AMD, se espera que el primer procesador Athlon XP con núcleo puro de 1,73 GHz se lance en el primer trimestre del próximo año. Tanto la versión de escritorio de Athlon XP como la versión de estación de trabajo/servidor de Athlon MP introducirán completamente el núcleo pura sangre de 0,13 micrones en el primer trimestre del próximo año, y los productos que utilizan el núcleo Barton se lanzarán en el segundo trimestre, pero AMD no lo ha hecho. anunció las especificaciones específicas del núcleo Barton. En cuanto a procesadores móviles, el último basado en el núcleo Palomino será el Athlon 4 a 1,4GHz que se lanzará el próximo año, seguido del nuevo núcleo Thoroughbred/Barton.
En cuanto al primer procesador de 64 bits de AMD, K8 Hammer, se dividirá en dos versiones diferentes, a saber, la versión de servidor de gama alta de SledgeHammer (hasta 8 SMP) y la versión de estación de trabajo/escritorio de ClawHammer (2 SMP). , en el que ClawHammer ha integrado un controlador de memoria DDR33. Por tanto, el chipset correspondiente a ClawHammer no necesita incluir un controlador de memoria, mientras que SledgeHammer tiene una caché L2 más grande. Ambos procesadores Hammer admitirán el conjunto de instrucciones SSE2 y son compatibles con instrucciones de 32 bits. Aunque aún no se ha publicado más información, es seguro que Hammer se lanzará el próximo año, y AMD ha afirmado anteriormente que el rendimiento de Hammer superará a todos los procesadores similares.