Intel于1971年发售了自己的第一款4位微处理器,设计与ROM 4001,RAM 4002和移位寄存器4003配合工作。其中4004自身负责运算,其它部分则是使CPU正常工作的重要组成。大部分4004被用于计算器和其它类似的设备,而不是用在计算机中。它的最大频率只有740KHz。4004的后继产品是4040,实质上是4004的改进版本,增加了扩展指令集并提高了性能。
二.8008和8080(1972)
4004使得Intel成为了一家微处理器公司,为了适应潮流,Intel发布了新的8位处理器系列。8008,8080和8085分别于1972年,1974年和1975年发布。
尽管8008是第一款8位处理器,但是并没有前任4004或者继任者8080那么著名。借助于8位数据传输,它的性能比4004有所提升,但频率依旧保守地定在200-800KHz之间,使用10微米工艺制造的8008的性能并没有打动消费者们。
Intel的8080处理器则要成功的多,它增加了新的指令集并采用了6微米的制造工艺。这让频率几乎翻了一番,1974年性能最高的8080达到了2MHz的频率。8080被用到了大量的设备上去,这吸引了许多开发者,例如刚成立不久的微软,投身到Intel处理器的软件开发上。到8086发布的时候,它通过兼容8080来保持软件兼容性。结果是8080系列处理器和其他的关键硬件遍布当时所有的X86微机系统,8080的软件可以在任何X86处理器上运行。8085是8080的低价高能版本,尽管很成功但影响力不大
8086:X86的起点(1978)
Intel的第一款16微处理器,相比于8080大有提升。不仅频率更高,而且16位总线和其它附加硬件允许8086同时执行两条8位指令。它也能执行更高效的16位任务,但此时大多数软件是8位软件,所以支持16位在多任务能力面前显得不那么重要。地址总线则扩展到了20位,使得8086可以存取1MB的内存,因而提高了性能。
8086是史上第一款X86处理器,使用第一版的X86指令集架构,这是日后AMD和Intel几乎所有处理器的基石。
Intel与此同时也在生产8088处理器,这款处理器以8086为蓝本,但是外部总线只有8位。因为依旧能访问1MB内存和运行在较高频率,它比Intel的旧8位处理器性能快得多。
80186和80188(1980)
继8086之后Intel发布了一些使用相似架构的16位处理器。首先是80186处理器,设计用于缓解使用80186 CPU成品机的制造压力。Intel将一些原本在主板上的硬件移到了CPU中,包括时钟发生器,中断控制器和计时器,通过集成这些部分,80186比8086快上许多,Intel也通过提高时钟频率来提升性能
80188同样集成了部分硬件,但是像8088那样总线被限制为8位总线
80286:更多的内存 更好的性能(1982)
80286和80186于同年发布,有着几乎相同的特性,但是80286的地址总线扩展到了24位,使得最高能访问16MB的内存
iAPX 432(1981)
iAPX 432是Intel对于偏离X86的不同设计的一种尝试。Intel希望 iAPX 432性能能够更上一步,但因为一些设计上的缺陷,这款处理器最终以失败告终。尽管X86处理器已经很复杂了,iAPX 432则将CISC复杂度更上一层。芯片的设计过于庞杂,迫使Intel不得不把它做成分离的两片芯片。处理器对于数据吞吐的庞大需求致使带宽不足而性能表现不佳。它比8080和8086表现要好,但不敌后续的X86处理器,最终被放弃
i960:Intel的RICS初尝试(1984)
Intel在1984年推出了自家的第一款RICS(精简指令集)处理器,但它并不是设计与自家的X86处理器竞争,而是主要被用于嵌入式安全解决方案。它的内部设计基于BerkeleyRISC 32位超标量设计概念。最初的i960处理器频率非常低,低速模式仅仅有10MHz,但是经过逐年改进和更先进的制程,它的最终频率达到了100MHz。同样支持4GB内存,被广泛应用于军事系统和商业系统中
80386:X86的32位开端(1986)
Intel的第一款32位X86处理器是80386,于1985年发布。其中最关键的特性就是采用了32位地址总线最大支持4GB内存,尽管这个数字比当时大多数人用的要大得多,但RAM的限制损害了早先X86处理器和它的竞品的性能。与现代CPU不同的是,在80386时代,更多的RAM能够直接转化为性能的提升。Intel同时采用了一些架构改进来提升相同RAM大小的性能表现
为了让产品线在价格上更加友好,Intel发布了80386SL,和32位的80386几乎相同,不过限制了只能进行16位操作,不过它同样支持最大4GB RAM,但只能运行16位应用
.i860(1989)
在1989年,Intel再次尝试了非X86处理器,他们推出了全新的RICS处理器i860。不像早先的i960,这次的i860被设计用于直接在桌面级市场竞争,但是这次的设计问题繁多,它最明显的缺陷是处理器的性能严重依赖于编译器在软件启动时将指令编排好顺序,这虽然帮助Intel将芯片尺寸缩小,复杂度降低,但是在编译过程中将指令从头到尾正确排序几乎是不可能的,最终导致了处理过程中的高延迟
80486:整合浮点运算(1989)
80486是CPU性能史上的又一里程碑,它成功的关键在于在CPU中整合更多的元件。80486上第一次出现了一级缓存,早期的80486封装了8KB缓存,使用1000nm制程。不过随着制程发展到600nm,一级缓存增加到了16KB
此外,Intel还整合了FPU(浮点运算单元),在此之前一直作为一个分离的处理单元。通过将FPU整合进CPU,它们之间的延迟大大降低。80486还使用了更快的FSB接口来提升带宽和其它技术来提升性能。这些改进显著提高了80486的性能。
最初的80486时钟频率为50MHz,后来的采用600nm制程的型号达到了100MHz。在消费领域还发布了80486SX,移除了FPU部分
P5:最初的Pentium(奔腾)(1993)
最初的Pentium CPU在1993年发布,但没有沿用80X86的命名方式。Pentium采用了P5架构,这是Intel在X86 CPU首次采用超标量技术(注:这与我们现在常提到的超线程技术不同),尽管全面超越了80486,但最突出的进步是改进了FPU。
最初的Pentium FPU性能达到80486的十倍,在接下来推出的Pentium MMX中这一特点更加显著,它和最初的Pentium处理器架构相同,但新的MMX SIMD指令集令性能大幅提升
Intel同样提升了一级缓存的大小,Pentium提升到16KB,Pentium MMX提升到32KB。当然频率也在提升,最初的Pentium使用800nm制程,运行在60MHz,但在之后的版本中,采用250nm的Pentium达到了300MHz的频率
P6架构:Pentium Pro(奔腾 Pro)(1995)
Intel计划在Pentium之后迅速推出基于P6架构的Pentium Pro系列,但是遇到了技术问题。借助于Out-of-Order(无序执行指令)设计,Pentium Pro的性能大大提高。最显著的特性是其内部有一个将指令分解为微指令的架构,随后送到通用执行单元。此外还采用了典型的14级流水线结构
最初的目标是面向服务器市场,将地址总线提升至32位并且增加了PAE(物理地址扩展),使得最大能支持到64GB RAM,这远超一般消费者的需求,但大容量内存支持对服务器市场来说很重要
缓存系统也得到了改进,一级缓存使用在2片8KB高速缓存,一片存取指令,一片存取数据。为了弥补和Pentium MMX 16KB缓存的差距,Intel采用了从256KB到1MB大小不等的二级缓存,以与CPU相连的单独芯片形式封装在CPU中,它与CPU通过BSB总线相连
Intel原来打算把Pentium Pro推向消费者市场,不过最终只在服务器市场销售,Pentium Pro带来了几种革命性改进,但是表现难以在Pentium和Pentium MMX面前脱颖而出,后两者在16位操作下性能优异,而那时软件市场还是16位的天下,同时由于缺乏对于MMX指令集的支持,结果导致Pentium Pro在MMX指令集优化软件下表现不佳
PentiumPro或许会在消费级市场站住脚,但是由于分离的辅助芯片(包括二级缓存)导致造价依旧昂贵。最快的Pentium Pro处理器能达到200MHz,制造工艺为500nm和350nm
P6架构: Pentium II(奔腾II)(1997-1999)
Intel没有放弃P6架构,1997年Pentium II发布。Pentium II几乎一扫所有Pentium Pro的缺陷。它的底层架构和Pentium Pro相似,坚持使用14级流水线架构和一些增强核心来改善性能。一级缓存由16KB数据缓存和16KB指令缓存
Intel还选择通过使用低价缓存芯片和更大的硅片封装来降低成本,这两种方法对于降低产品价格非常奏效,但是这些存储模块不能与CPU的速度相匹配,因此二级缓存只有一半的速率,在早期的CPU中这些方法对于提升性能异常有效
Intel同时增加了对于MMX指令集的支持,Pentium II使用的核心代号分别为"Klamath"和 "Deschutes",同时也作为Xeon和PentiumII Overdrive系列产品在服务器市场出售,最高端的型号拥有频率450MHz容量512KB二级缓存
P6:Pentium III和1 GHz竞赛(1999-2003)
Intel打算使用代号为Netburst 架构的CPU来接替PentiumII ,但是事与愿违,新架构处于难产。因而Intel继续压榨P6架构推出了Pentium III处理器
第一款产品代号为Katmai,它与Pentium II非常相似,同样使用了只有一半CPU时钟频率的二级缓存。底层架构包括了一些其他的显著变化, 14级流水线的一些部分被融合在一起,缩短至10级流水线。得益于流水线的改进和时钟频率提高,Pentium III性能小幅度超越Pentium II
Katmai使用250nm工艺,但是随着制造工艺演进到180nm,Intel得以大幅度提升Pentium III的性能。代号Coppermine的处理器将二级缓存集成到CPU,并且削减了一半容量(降至256KB),但因为与CPU保持同速,性能表现抢眼
Coppermine是Intel在1GHz大战中面对AMD Athlon的竞品,Intel成功地将频率提升到1.13GHz,但是在随后发现不能以此频率稳定运行因而被召回了,这使得1GHz的型号成为最快的Pentium III
最后的Pentium III核心代号为Tualatin,采用130nm制程,频率达到1.4GHz,二级缓存扩容至512KB,一定程度提高了性能
P5和P6架构 Celeron(赛扬)和Xeon(志强)
在发布Pentium II的同时Intel也发布了Celeron和Xeon系列,这系列产品和Pentium II或是之后的Pentium III拥有相同的核心,只是缓存大小不同。第一款基于PentiumII的赛扬处理器没有二级缓存,结果性能表现糟糕。而基于Pentium III的赛扬处理器拥有对应产品的一半的缓存。结果是使用Coppermine核心的赛扬处理器只有128KB二级缓存,随后的Tualatin核心产品增加到了256KB
这些一半缓存的衍生品被称作Coppermine-128和Tualatin-256,Intel以媲美Pentium III的频率售卖这些CPU,让他们拥有良好的性能表现来和AMD的Duron处理器相对抗。例如微软在Xbox游戏机上使用的就是733MHz的Coppermine-128处理器
第一款Xeon处理器也
二.8008和8080(1972)
4004使得Intel成为了一家微处理器公司,为了适应潮流,Intel发布了新的8位处理器系列。8008,8080和8085分别于1972年,1974年和1975年发布。
尽管8008是第一款8位处理器,但是并没有前任4004或者继任者8080那么著名。借助于8位数据传输,它的性能比4004有所提升,但频率依旧保守地定在200-800KHz之间,使用10微米工艺制造的8008的性能并没有打动消费者们。
Intel的8080处理器则要成功的多,它增加了新的指令集并采用了6微米的制造工艺。这让频率几乎翻了一番,1974年性能最高的8080达到了2MHz的频率。8080被用到了大量的设备上去,这吸引了许多开发者,例如刚成立不久的微软,投身到Intel处理器的软件开发上。到8086发布的时候,它通过兼容8080来保持软件兼容性。结果是8080系列处理器和其他的关键硬件遍布当时所有的X86微机系统,8080的软件可以在任何X86处理器上运行。8085是8080的低价高能版本,尽管很成功但影响力不大
8086:X86的起点(1978)
Intel的第一款16微处理器,相比于8080大有提升。不仅频率更高,而且16位总线和其它附加硬件允许8086同时执行两条8位指令。它也能执行更高效的16位任务,但此时大多数软件是8位软件,所以支持16位在多任务能力面前显得不那么重要。地址总线则扩展到了20位,使得8086可以存取1MB的内存,因而提高了性能。
8086是史上第一款X86处理器,使用第一版的X86指令集架构,这是日后AMD和Intel几乎所有处理器的基石。
Intel与此同时也在生产8088处理器,这款处理器以8086为蓝本,但是外部总线只有8位。因为依旧能访问1MB内存和运行在较高频率,它比Intel的旧8位处理器性能快得多。
80186和80188(1980)
继8086之后Intel发布了一些使用相似架构的16位处理器。首先是80186处理器,设计用于缓解使用80186 CPU成品机的制造压力。Intel将一些原本在主板上的硬件移到了CPU中,包括时钟发生器,中断控制器和计时器,通过集成这些部分,80186比8086快上许多,Intel也通过提高时钟频率来提升性能
80188同样集成了部分硬件,但是像8088那样总线被限制为8位总线
80286:更多的内存 更好的性能(1982)
80286和80186于同年发布,有着几乎相同的特性,但是80286的地址总线扩展到了24位,使得最高能访问16MB的内存
iAPX 432(1981)
iAPX 432是Intel对于偏离X86的不同设计的一种尝试。Intel希望 iAPX 432性能能够更上一步,但因为一些设计上的缺陷,这款处理器最终以失败告终。尽管X86处理器已经很复杂了,iAPX 432则将CISC复杂度更上一层。芯片的设计过于庞杂,迫使Intel不得不把它做成分离的两片芯片。处理器对于数据吞吐的庞大需求致使带宽不足而性能表现不佳。它比8080和8086表现要好,但不敌后续的X86处理器,最终被放弃
i960:Intel的RICS初尝试(1984)
Intel在1984年推出了自家的第一款RICS(精简指令集)处理器,但它并不是设计与自家的X86处理器竞争,而是主要被用于嵌入式安全解决方案。它的内部设计基于BerkeleyRISC 32位超标量设计概念。最初的i960处理器频率非常低,低速模式仅仅有10MHz,但是经过逐年改进和更先进的制程,它的最终频率达到了100MHz。同样支持4GB内存,被广泛应用于军事系统和商业系统中
80386:X86的32位开端(1986)
Intel的第一款32位X86处理器是80386,于1985年发布。其中最关键的特性就是采用了32位地址总线最大支持4GB内存,尽管这个数字比当时大多数人用的要大得多,但RAM的限制损害了早先X86处理器和它的竞品的性能。与现代CPU不同的是,在80386时代,更多的RAM能够直接转化为性能的提升。Intel同时采用了一些架构改进来提升相同RAM大小的性能表现
为了让产品线在价格上更加友好,Intel发布了80386SL,和32位的80386几乎相同,不过限制了只能进行16位操作,不过它同样支持最大4GB RAM,但只能运行16位应用
.i860(1989)
在1989年,Intel再次尝试了非X86处理器,他们推出了全新的RICS处理器i860。不像早先的i960,这次的i860被设计用于直接在桌面级市场竞争,但是这次的设计问题繁多,它最明显的缺陷是处理器的性能严重依赖于编译器在软件启动时将指令编排好顺序,这虽然帮助Intel将芯片尺寸缩小,复杂度降低,但是在编译过程中将指令从头到尾正确排序几乎是不可能的,最终导致了处理过程中的高延迟
80486:整合浮点运算(1989)
80486是CPU性能史上的又一里程碑,它成功的关键在于在CPU中整合更多的元件。80486上第一次出现了一级缓存,早期的80486封装了8KB缓存,使用1000nm制程。不过随着制程发展到600nm,一级缓存增加到了16KB
此外,Intel还整合了FPU(浮点运算单元),在此之前一直作为一个分离的处理单元。通过将FPU整合进CPU,它们之间的延迟大大降低。80486还使用了更快的FSB接口来提升带宽和其它技术来提升性能。这些改进显著提高了80486的性能。
最初的80486时钟频率为50MHz,后来的采用600nm制程的型号达到了100MHz。在消费领域还发布了80486SX,移除了FPU部分
P5:最初的Pentium(奔腾)(1993)
最初的Pentium CPU在1993年发布,但没有沿用80X86的命名方式。Pentium采用了P5架构,这是Intel在X86 CPU首次采用超标量技术(注:这与我们现在常提到的超线程技术不同),尽管全面超越了80486,但最突出的进步是改进了FPU。
最初的Pentium FPU性能达到80486的十倍,在接下来推出的Pentium MMX中这一特点更加显著,它和最初的Pentium处理器架构相同,但新的MMX SIMD指令集令性能大幅提升
Intel同样提升了一级缓存的大小,Pentium提升到16KB,Pentium MMX提升到32KB。当然频率也在提升,最初的Pentium使用800nm制程,运行在60MHz,但在之后的版本中,采用250nm的Pentium达到了300MHz的频率
P6架构:Pentium Pro(奔腾 Pro)(1995)
Intel计划在Pentium之后迅速推出基于P6架构的Pentium Pro系列,但是遇到了技术问题。借助于Out-of-Order(无序执行指令)设计,Pentium Pro的性能大大提高。最显著的特性是其内部有一个将指令分解为微指令的架构,随后送到通用执行单元。此外还采用了典型的14级流水线结构
最初的目标是面向服务器市场,将地址总线提升至32位并且增加了PAE(物理地址扩展),使得最大能支持到64GB RAM,这远超一般消费者的需求,但大容量内存支持对服务器市场来说很重要
缓存系统也得到了改进,一级缓存使用在2片8KB高速缓存,一片存取指令,一片存取数据。为了弥补和Pentium MMX 16KB缓存的差距,Intel采用了从256KB到1MB大小不等的二级缓存,以与CPU相连的单独芯片形式封装在CPU中,它与CPU通过BSB总线相连
Intel原来打算把Pentium Pro推向消费者市场,不过最终只在服务器市场销售,Pentium Pro带来了几种革命性改进,但是表现难以在Pentium和Pentium MMX面前脱颖而出,后两者在16位操作下性能优异,而那时软件市场还是16位的天下,同时由于缺乏对于MMX指令集的支持,结果导致Pentium Pro在MMX指令集优化软件下表现不佳
PentiumPro或许会在消费级市场站住脚,但是由于分离的辅助芯片(包括二级缓存)导致造价依旧昂贵。最快的Pentium Pro处理器能达到200MHz,制造工艺为500nm和350nm
P6架构: Pentium II(奔腾II)(1997-1999)
Intel没有放弃P6架构,1997年Pentium II发布。Pentium II几乎一扫所有Pentium Pro的缺陷。它的底层架构和Pentium Pro相似,坚持使用14级流水线架构和一些增强核心来改善性能。一级缓存由16KB数据缓存和16KB指令缓存
Intel还选择通过使用低价缓存芯片和更大的硅片封装来降低成本,这两种方法对于降低产品价格非常奏效,但是这些存储模块不能与CPU的速度相匹配,因此二级缓存只有一半的速率,在早期的CPU中这些方法对于提升性能异常有效
Intel同时增加了对于MMX指令集的支持,Pentium II使用的核心代号分别为"Klamath"和 "Deschutes",同时也作为Xeon和PentiumII Overdrive系列产品在服务器市场出售,最高端的型号拥有频率450MHz容量512KB二级缓存
P6:Pentium III和1 GHz竞赛(1999-2003)
Intel打算使用代号为Netburst 架构的CPU来接替PentiumII ,但是事与愿违,新架构处于难产。因而Intel继续压榨P6架构推出了Pentium III处理器
第一款产品代号为Katmai,它与Pentium II非常相似,同样使用了只有一半CPU时钟频率的二级缓存。底层架构包括了一些其他的显著变化, 14级流水线的一些部分被融合在一起,缩短至10级流水线。得益于流水线的改进和时钟频率提高,Pentium III性能小幅度超越Pentium II
Katmai使用250nm工艺,但是随着制造工艺演进到180nm,Intel得以大幅度提升Pentium III的性能。代号Coppermine的处理器将二级缓存集成到CPU,并且削减了一半容量(降至256KB),但因为与CPU保持同速,性能表现抢眼
Coppermine是Intel在1GHz大战中面对AMD Athlon的竞品,Intel成功地将频率提升到1.13GHz,但是在随后发现不能以此频率稳定运行因而被召回了,这使得1GHz的型号成为最快的Pentium III
最后的Pentium III核心代号为Tualatin,采用130nm制程,频率达到1.4GHz,二级缓存扩容至512KB,一定程度提高了性能
P5和P6架构 Celeron(赛扬)和Xeon(志强)
在发布Pentium II的同时Intel也发布了Celeron和Xeon系列,这系列产品和Pentium II或是之后的Pentium III拥有相同的核心,只是缓存大小不同。第一款基于PentiumII的赛扬处理器没有二级缓存,结果性能表现糟糕。而基于Pentium III的赛扬处理器拥有对应产品的一半的缓存。结果是使用Coppermine核心的赛扬处理器只有128KB二级缓存,随后的Tualatin核心产品增加到了256KB
这些一半缓存的衍生品被称作Coppermine-128和Tualatin-256,Intel以媲美Pentium III的频率售卖这些CPU,让他们拥有良好的性能表现来和AMD的Duron处理器相对抗。例如微软在Xbox游戏机上使用的就是733MHz的Coppermine-128处理器
第一款Xeon处理器也