微处理器的历史:英特尔和奔腾

微处理器被定义为计算机的中央处理单元，通常包含在单个集成电路中(Wyant和Hammerstrom, 193)。简单地说，这意味着微处理器是计算机的大脑，它只存在于一个芯片上。Winn L. Rosch把它们比作一个相当于膝盖的电子关节，当用适当的数字刺激时，每次都会以完全相同的方式做出反应(Rosch,37)。更实际的是，微处理器是将众多的晶体管挤在尽可能小的硅片上，以尽可能快的速度计算数学问题。

微处理器由许多较小的部件制成，所有组件都一起工作以使芯片工作。一个非常好的比喻可以在微处理器工作中找到芯片操作的内部工作。在他们的书中，Wyant和Hammerstrom将微处理器描述为工厂和芯片的所有内部工作，作为工厂的各个部分（Wyant和Hammerstrom，71-103）。基本上，微处理器可以被视为工厂，因为就像一个工厂一样，它被发送了，并且被告知该怎么办。微处理器工厂流程信息。这个信息的这个最基本的单位就是这一点。一点只是打开或关闭。它是一个或一个零。位将位于称为字节的8位组。使用数字8是因为它提供足够的组合来编码我们的整个语言（2 ^ 8 = 256）。如果仅使用4位（2 ^ 4 = 16）组合是可能的。 This is enough to encode 9 digits and some operations. (The first microprocessors powered calculators) A half byte is called a nibble and consists of 4 bits. In the world of computer graphics the combination of bits is easier seen. In computer graphics bits are used to make color combinations, thus with more bits more colors are possible. Eight bit graphics will display 256 colors, 16 bit will display 65,536, and 24 bit graphics will display 16.7 million colors. The bus unit is described as the shipping dock because it controls data transfers, and functions between the individual pieces of the chip. The part of the chip that performs the role of a purchasing department is called the prefetch unit. It’s job is to make certain that enough data is on hand to keep the chip busy. The decode unit performs the role of a receiving department.

它将计算机其他部分的复杂指令分解成更小的片段，使芯片更容易操作。控制单元被比作监督整个工厂工作的人。它是芯片的一部分，使所有其他部分一起工作，协调它们的行动。将算术逻辑单元与工厂的装配线进行比较。它是微处理器执行数学运算的部分。它由执行数学运算的电路和保存必要信息的寄存器组成。内存管理单元被比作这个数字工厂的发货部门。它负责向总线单元发送数据。所有的个体都相互支持，以使这种数字共生尽可能快地工作。

对于一个局外人来说，计算机呆子的方言和所有其他形式的深奥的计算机人可能被认为是可怕的，也可能不被认为是可怕的。微处理器性能中最令人困惑的术语可能是兆赫(MHz)。基本上每秒有几百万个循环。这是对芯片速度的测量，但最好考虑芯片的转速(Knorr, 135)。例如，486 100 MHz的处理器无法达到奔腾在60 MHz的运行速度。这是因为奔腾的功率更大，每个时钟周期可以做更多的事情。计算机总线是连接微处理器和计算机其余部分的数据线。总线的宽度(它由多少位组成)控制每个时钟周期能发送多少数据到芯片。MIPS或每秒数百万条指令是芯片每秒能执行的指令数除以1,000,000。RISC在计算领域也是一个常用的术语。 It is an acronym for Reduced Instruction Set Computer. Chips that incorporate RISC technology basically rely on simplicity to enhance performance. Motorola chips use this technology. The opposite of RISC is CISC which stands for Complex Instruction Set Computer. These chips use more hardwired instructions to speed up the processing process. All Intel PC products fall into this category. Pipelining, superscalar architecture, and branch prediction logic are currently technological buzzwords in the computer community presently. These technologies can be found in newer chips. Pipelining allows the chip to seek out new data while the old data is still being worked on (Wyant and Hammerstrom, 161). Superscalar architecture allows complex instructions to be broken down into smaller ones and then processed simultaneously through separate pipelines (Wyant and Hammerstrom, 161-163). Branch prediction logic uses information about the way a program has behaved in the past to try to predict what the program will do next (Wyant and Hammerstrom, 165). Bus speed is simply the speed in MHz at which the data bus travels. This is relative to how fast the microprocessor can communicate with the rest of the computer. A register is the part of the chip that hold the information that the chip is currently manipulating. The width of the register in bits is relative to how much data the chip can process simultaneously. Using very long instruction words is simply using instructions larger than 16 bits to increase the amount of data the chip can be sent at once. A new tool being used in making chips run faster is to place a cache on the chip. This cache is for holding data that the chip is most likely to need first. Since the data is stored inside the chip the access time is lowered dramatically. In the future more and more of the computer will be integrated on the main processing unit. Line width is also a sign of the technological times. It is simply how small the smallest feature is on a chip. Basically the smaller the lines the more transistors can be squeezed onto the wafer and thus increase performance while cutting manufacturing costs.

非技术问题也对微处理世界产生了重大影响。一个这样的问题是热量。这可能听起来微不足道，但奔腾芯片可以烧伤一个人的皮肤，触动一直运行超过几分钟的人。没有风扇，大多数现代芯片都会融化和摧毁自己。为了打击这一点，大型铝散热器连接到芯片上，放置在壳体中的大型风扇。有些用户喜欢在散热器上方使用单独的风扇以增加保险。操作电压也可以增加热量问题。芯片从3.3或5伏伏。现在是三个和三个第十伏的伏特现在是因为在较少的功率较少产生的热量，并且在笔记本电脑电池寿命的情况下延长。

对微处理器的发明信用给予英特尔。第一个微处理器是4004，并于1971年发布。该单片机与五十年代（Wyant和Hammerstrom，19）的房间尺寸计算机eniac的性能相匹配。该芯片只能支持四位总线。这四位仅提供了编码16符号的可能性（2 ^ 4 = 16）。十六个符号足以进行数字1-9，然后是一些运营商。这限制了计算器使用的4004。4004持续108 kHz，1/10 of 1 MHz（Rosch，66）。芯片上的最小特征测量10微米并包含2300个晶体管。

下一代英特尔芯片使用8位数据总线。这一代的第一个成员是在1972年发布的，被称为8008。这个芯片与4004相同，但在每个寄存器上多了4位。这个芯片有足够的位来编码256个符号(2^8=256)。这个数字很容易编码我们的字母、数字、标点符号等。8008的时钟速度为200 kHz，比4004略快。8008包含3500个晶体管，线宽10微米。两个芯片的MIPS都是0.06 (Rosch, 66)。

英特尔家族的下一个成员出生于1974年，被称为8080。该芯片旨在处理字节大小的数据(8位)。8080包含6000个晶体管，采用6微米技术。该芯片的性能为0.65 MIPS，内部时钟速度为2 MHz。这是首批具有运行小型计算机能力的芯片之一(Rosch, 66岁)。

1978年6月，英特尔发布了8086系列。这些芯片使用16位寄存器。在这个系列中，速度最快的芯片运行在10mhz，并能执行MIPS。这种芯片迫使当时的工程师开始开发完全16位的设备，这比他们的8位同行更贵。因此，8086家庭被认为是超前的(罗施，67-68)。

一年后，英特尔推出了8080.这个芯片是芯片演进的一步，其中包括8位数据总线。8080可以处理6000个晶体管的MIP。8080使用6微米技术。这款芯片值得主要是因为IBM选择在它的第一个个人计算机中使用它。IBM能够使用8088具有现有的8位硬件，这更具成本效益。后来IBM开始使用8086在它的新系统（Rosch，68）中。

1982年英特尔发布了80286。286系列具有8、10和12 MHz的时钟速度，可执行1.2、1.5和1.66 MIPS分别。80286包含134,000个采用1.5微米技术的晶体管。这些芯片都使用了16位数据总线，IBM的AT模型也使用了这些芯片。这也是第一个使用虚拟内存的芯片，或使用磁盘空间作为RAM(随机访问内存)。为了允许完全向下兼容，286被设计成有两种工作模式。这些模式分别是真实模式和保护模式。实模式模拟8086的操作。保护模式允许多个应用程序同时运行，互不干扰(Rosch, 70-71)。

上一个成员于1985年11月加入了英特尔家族，是80386。这些芯片分别提供16,20,25,33 MHz的速度，并可分别处理5.5,6.5,8.5和11.4 MIPS。80386中的晶体管的数量为275,000，具有1.5微米的技术。386个家庭将寄存器大小加倍至32位。此外，386使用16个字节的预取缓存，即芯片用于存储下几个指令。386具有三种型号，称为386dx，386sx和386sl。386dx是原始的，最强大的。386SX是DX更经济的兄弟姐妹。它基本上缩小，更强大的DX。SX也使用16位数据总线。SL还使用16位总线，但它包括针对笔记本使用的省电功能。 The SL uses 1.0 micron technology and contains 855,000 transistors (Rosch, 72-78).

80486家族于1989年4月推出，成为“更好的386”（Rosch，78）。486最初在DX模型中释放，速度为25,33和50 MHz，分别处理20,27和41 MIPS。DX还包含数学协处理器或浮点单元，可帮助加快数学操作。486DX使用32位总线并包含1,200,000个晶体管。它在25和33 MHz模型中使用1.0微米技术，但在50 MHz模型中使用0.8。接下来的释放是486SX。SX旨在削减不含数学协处理器的价格。结果，SX不会在数学密集型操作中执行和DX。SX包含1,185,000个晶体管，并使用与DX相同的技术。SX在16,20,25和33 MHz模型中，分别处理13,16.5,20和27 MIPS。 To add the power of a FPU (Floating Point Unit) to the SX Intel released the OverDrive upgrade processors in March 1992. The first, the 486DX2, incorporated clock doubling technology. These chips operate at double the bus speed. These chips are available in 50 and 66 MHz models that can process 41 and 54 MIPS respectively. The 50 MHz model was designed to replace the 25 MHz 486SX and the 66 MHz model was for the 33 MHz 486SX. The OverDrive chips contain 1.2 million transistors. The next to be released was the SL model which was, like the 386SL, targeted at laptop usage. The SL contains 1.4 million transistors and can process 15.4, 19, and 25 MIPS while running at 20, 25, and 33 MHz respectively. The 486DX4 was the next OverDrive chip to be released. It contains clock tripling technology. The DX4 can turn a 33 and 25 MHz 486’s into DX4-100 and DX4-75 respectively. These chips can process 60 and 81 MIPS running at 75 and 100 MHz respectively. The DX4 uses 0.6 micron technology (Rosch 84-85).

英特尔家族的下一个补充是奔腾。奔腾最初在60 MHz模型中释放，在5伏特下运营。这芯片包含310万个晶体管，可处理100 MIPS。接下来发布的是66mhz型号。它使用相同的技术，但是一个3.3伏芯片，可以处理112 MIPS。目前奔腾有66、75、90、100、120、133、150和166兆赫的型号。在75之外，所有奔腾都使用0.6微米技术。180兆赫预计将在未来发布。奔腾系列就像英特尔的所有芯片一样，使用CISC技术。此外，它们还使用了流水线、超标量体系结构和分支预测逻辑。奔腾OverDrive还可用于将486系统升级为奔腾技术。奔腾OverDrive可在63和83 MHz版本(罗施，85-87)。

在奔腾后，唯一高级芯片英特尔为个人使用是Pentium Pro。此芯片仅在短时间内可用，并在工作站和服务器使用中定位。它只以提高的速度运行Windows NT和本机32位软件。使用16位软件时，强大的奔腾将优于其较大的兄弟姐妹。Pentium Pro还包含256k（256,000字节）的芯片缓存存储器。

微处理器未来的唯一确定性是不断的改进。对未来的一个预测被称为摩尔定律。这一预测以英特尔Cofounder Gordon Moore命名为1965年。法律规定晶体管密度每两年加倍。线宽也在继续缩小，估计在世纪之交到0.2微米。当所有人被认为是计算机的未来非常令人兴奋（Wyant和Hammerstrom，184-185）。

参考书目

克诺尔,埃里克。《从586到奔腾专业版:选择你梦想的电脑》PC世界1996年2月:133-142。

《硬件圣经》。印第安纳波利斯:地空导弹,1994年。

怀恩特，格雷格，哈默斯特罗姆，塔克。英特尔，微处理器如何工作。维尔:ziff davis, 1994。