巨人的成長史（Inter處理器）

軒轅砍刀

由于CPU與其它配件存在著較大不同，在全球的PC機(jī)CPU市場中，都是由Intel和AMD等少數(shù)幾家壟斷著，特別是Intel，所以對CPU發(fā)展歷史的研究在相當(dāng)大程度上就是對這幾家產(chǎn)品歷史的研究。

　　而了解整個CPU發(fā)展歷史無論是對豐富計算機(jī)知識，還是對今后的計算機(jī)維護(hù)都有著非常重要的作用。

　　目前絕大多數(shù)人對對器的認(rèn)識是從586(即后來命名“Pentium”，奔騰)時代開始的，對此之前的處理器認(rèn)識非常貧乏，首先介紹的是PC處理器最大的霸主—Intel(英特爾)的PC處理器歷史。

一、ENIAC是計算機(jī)始祖嗎？

　　在開始介紹Intel PC處理器的歷史之前，首先來介紹有關(guān)計算機(jī)始祖這樣一個大家非常感興趣的問題。我們經(jīng)常可以在各種教科書上看到，說計算機(jī)是始于1946年美國的ENIAC，把它作為世界上第一臺計算機(jī)。真是如此嗎？最近有科學(xué)家研究表明，其實那不是完全正確的。

　　說它不完全正確，那是因為ENIAC只能說是第一臺電子計算機(jī)，而真正的計算機(jī)始祖則要追溯到19世紀(jì)，最早計算機(jī)(當(dāng)然當(dāng)時并非稱“計算機(jī)”)并非電子產(chǎn)品的，而是屬于機(jī)械產(chǎn)品，那就英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教授巴貝奇的分析機(jī)。所以準(zhǔn)確地說，ENIAC只能是世界上第一臺電子計算機(jī)。

　　“ENIAC”是“Electronic Numerical Integrator And Computer”的縮寫，翻譯成中文即為“電子數(shù)字積分計算機(jī)”。它是于1946年2月15日在美國誕生的，當(dāng)時的出資方是美國軍方。開發(fā)這樣一臺通用電子計算機(jī)的目的當(dāng)然也是為了滿足軍事計算需求，用來計算各種復(fù)雜的彈道非線性方程組，因為當(dāng)時的科學(xué)家都非常明白，如果僅靠人的大腦是無法勝任這樣復(fù)雜的非線性計算的。

　　因為當(dāng)時集成電路技術(shù)并未誕生，所以這臺ENIAC計算機(jī)所采用的組件都是分離的電子管，整部計算機(jī)足足用了18800個電子管。電子管，如果對早期電子產(chǎn)品(特別是音響產(chǎn)品)有所了解的人都知道，它的體積是非常大，就像現(xiàn)在普通的長條形的日光燈泡。

　　正因如此，這樣整部ENIAC計算機(jī)就有8英尺高、3英尺寬、100多英尺長，需占用60多平方米的空間。其重量也達(dá)30噸，耗電量更是高達(dá)140千瓦。下圖所示的就是工作人員在這部最原始的電子計算機(jī)上工作的情形(因它是由多個不同部分組成的，所以有多人同時操作)。

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在這臺ENIAC計算機(jī)上，美國軍方花了48萬美元，這在當(dāng)時可是一筆非常大的巨款，要不是為了二次世界大戰(zhàn)，相信就連世界首富的美國也很難舍得出這么大筆錢。因為那時都是采用分離的電子管作為元器件的，所以也根本沒有什么CPU的概念(CPU是隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)而出現(xiàn)的)，但它卻是實實在在的第一臺電子計算機(jī)。

　　然而正如前面所說ENIAC只能說是第一臺電子計算機(jī)，實際上有這樣理念的機(jī)器早于19世紀(jì)就誕生了。其中最有代表性的就是神奇的英國巴貝奇教授的分析機(jī)。

二、神奇的巴貝奇分析機(jī)

　　巴貝奇(Charles Babbage)是英國皇家學(xué)會會員、劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教授。他于1792年出生于英格蘭西南部的托格茅斯，后來繼承了其作為銀行家的父親的相當(dāng)豐厚遺產(chǎn)。巴貝奇把繼承的財富都用于科學(xué)研究，并顯示出極高的數(shù)學(xué)天賦。1817年獲碩士學(xué)位，1928年受聘擔(dān)任劍橋大學(xué)“盧卡辛講座”的數(shù)學(xué)教授，要知道，這可只有牛頓等科學(xué)大師才能獲得的殊榮。

　　巴貝奇不但精于科學(xué)理論，更喜歡將科學(xué)應(yīng)用于各種發(fā)明創(chuàng)造上。他最早提出，人類可以制造出通用的計算機(jī)來代替大腦計算復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。當(dāng)時并沒有電子技術(shù)的應(yīng)用，于是巴貝奇的設(shè)想就設(shè)想在當(dāng)時日漸成熟的機(jī)械技術(shù)上。巴貝奇將他設(shè)想的通用計算機(jī)命名為“分析機(jī)”，并希望它能自動計算有100個變量的復(fù)雜算術(shù)題，每個數(shù)達(dá)25位，速度達(dá)到每秒鐘運(yùn)算一次。

　　在設(shè)想中，巴貝奇將整個分析機(jī)結(jié)構(gòu)分為幾個功能部分，其中就包括齒輪式“存貯倉庫”(Store)和命名為“作坊”的“運(yùn)算室”(Mill)，而且還有他未給出名稱的“控制器”裝置，以及在“存貯倉庫”和“作坊”之間運(yùn)算數(shù)據(jù)的輸入、輸出部件。這種設(shè)計思想，劃時代地提出了類似于現(xiàn)代計算機(jī)五大部件的邏輯結(jié)構(gòu)，也為后世的通用處理器誕生奠定了堅實的基礎(chǔ)。這臺分析機(jī)如圖2所示。



從這臺分析機(jī)可以看出，它與當(dāng)今的通用計算機(jī)在外觀上無論如何也難以聯(lián)系起來。正因如此，人們通常并不認(rèn)為它就是計算機(jī)的始祖，而把ENIAC作為計算機(jī)的始祖。但它的設(shè)計思想?yún)s與現(xiàn)代的計算機(jī)架構(gòu)卻如此相似，是它引導(dǎo)著后人，特別是Intel(英特爾)朝著這個方向進(jìn)一步開發(fā)出一代又一代通用型計算機(jī)。只是由于當(dāng)時電子技術(shù)還沒有開始得到應(yīng)用，所以導(dǎo)致最終的分析機(jī)只能采用機(jī)械式，而非現(xiàn)在的電子電路。

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不過巴貝奇的分析機(jī)設(shè)計過程是充滿坎坷的，最初英國政府還對他的設(shè)計大加贊許，提供資金支持，但由于受到許多科學(xué)家的不理解、認(rèn)為巴貝奇是“愚笨的傻瓜”，認(rèn)為其設(shè)計的分析機(jī)是“毫無任何價值”的影響，英國政府于1842年，突然宣布了取消資助計劃。

　　后來充滿傳奇色彩的是，巴貝奇分析機(jī)的設(shè)計最終是在英國著名詩人拜倫的女兒愛達(dá)·拉夫拉斯伯爵夫人的支持下繼續(xù)進(jìn)行的，并為巴貝奇提供了許多建設(shè)性的建議，如建議巴貝奇采用二進(jìn)制數(shù)代替原來的十進(jìn)制數(shù)、開發(fā)計算指令等。正因如此，1981年美國國防部花了10年的時間，研制了一種計算器全功能混合語言，并成為軍方數(shù)千種計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。為了紀(jì)念愛達(dá)夫人，這種語言被正式命名為ADA語言，并贊譽(yù)她是“世界上第一位軟件工程師”。

　　在愛達(dá)夫人生命的最后十年里，她全力協(xié)助巴貝奇進(jìn)行分析機(jī)研究工作，甚至把自己的珠寶手飾都拿出來變賣，以幫助巴貝奇度過經(jīng)濟(jì)難關(guān)。隨后，巴貝奇又獨自堅持了近20年，直至1871年，巴貝奇因得不到理解和支持(沒有了愛達(dá)夫人)，孤獨地離開了人世，此時分析機(jī)的設(shè)計工作仍未全部完成，后來未完成的一部分也被保留在英國皇家博物館里。

　　近年來，科學(xué)界已經(jīng)普遍確認(rèn)巴貝奇在信息科學(xué)的鼻祖地位。1991年，為了紀(jì)念巴貝奇200周年誕辰，英國肯圣頓(Kensington)科學(xué)博物館根據(jù)這些圖紙重新建造了一臺差分機(jī)。復(fù)制的過程中，只發(fā)現(xiàn)圖紙存在幾處小的錯誤。復(fù)制者特地采用18世紀(jì)中期的技術(shù)設(shè)備來制作，不僅成功地造出了機(jī)器，而且還可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、通用型集成電路CPU的誕生

　　雖然早于19世紀(jì)和20世紀(jì)初就有了相應(yīng)計算理念的分析機(jī)和ENIAC電子計算機(jī)，但是如果要說通用計算的真正實現(xiàn)，還是自有了集成電路式CPU才開始的，也是自那里起才真正有了CPU這樣一個概念。

　　當(dāng)然集成電路并不是因為CPU才出現(xiàn)的，它早在英特爾公司誕生前相應(yīng)技術(shù)就已經(jīng)被發(fā)明。1947年，AT&T貝爾實驗室的三位科學(xué)家發(fā)明了晶體管。隨著晶體管的出現(xiàn)，由于其體積和性能都遠(yuǎn)比當(dāng)時的電子管具有無比的優(yōu)越性，所以晶體管一出現(xiàn)，即迅速取代了原來的電子管，占領(lǐng)了世界電子領(lǐng)域。

　　隨后，晶體管電路不斷向微型化方向發(fā)展。直到1957年，美國科學(xué)家達(dá)默提出“將電子設(shè)備制作在一個沒有引線的固體半導(dǎo)體板塊中”的大膽技術(shù)設(shè)想，也就開始了半導(dǎo)體集成電路的設(shè)計思想。

　　正因有了達(dá)默這一大膽設(shè)想，1958年，美國德克薩斯州儀器公司的工程師基爾比(Jack Kilby)在這種思想的指導(dǎo)下在一塊半導(dǎo)體硅晶片上將電阻、電容等分離元件集成在里面，制成了世界上第一片集成電路。還因這件事，已退休的基爾比卻獲取2000年的諾貝爾物理獎，當(dāng)然這是后話。

　　有了前人的大膽設(shè)想和第一次成功的嘗試，1959年，美國仙童公司的諾伊斯用一種平面工藝技術(shù)制成半導(dǎo)體集成電路，從此開啟了集成電路比黃金還誘人的時代。為了謀求更大的發(fā)展，其后，仙童公司的三位主力工程師：摩爾、諾宜斯、葛洛夫離開了公司，一起開創(chuàng)事業(yè)—籌建一家他們自己的公司。這就是現(xiàn)在鼎鼎有名的“Intel”(英特爾)公司�？梢援�(dāng)初的Intel公司并不是一開始就從事計算機(jī)微處理器的研究，因為當(dāng)時三人一致認(rèn)為，最有發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體市場是計算機(jī)存儲芯片市場。

　　Intel公司的最初取為是由摩爾命名的，“Intel”這個字是由“Integrated Electronics(集成/電子)”兩個英文單詞組合成的，象征新公司的主要業(yè)務(wù)將在集成電路市場上。

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當(dāng)時，這三位創(chuàng)業(yè)者說服風(fēng)險投資家阿瑟羅克給他們投資了200萬美元；還找到了他們創(chuàng)業(yè)的最佳地點，就是原聯(lián)合碳化物電子公司的大樓，這可比惠普當(dāng)時起家時的車庫要強(qiáng)多了。公司成立不久，英特爾公司發(fā)現(xiàn)：可將若干比特(bites)信息非常廉價地存儲在微型集成電路硅片上，并將這個發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于商業(yè)。

　　1969年的春天，在公司成立一周年以后，英特爾公司生產(chǎn)了第一批產(chǎn)品，即雙極處理64比特存儲芯片。不久，公司又推出256比特的MOS存儲器芯片。一個小小的Intel公司，就是這兩個小小的新產(chǎn)品而成功打入了整個計算機(jī)存儲器市場。但是這樣的輝煌時期并沒有在Intel公司長久永駐，隨著日本公司加入競爭，存儲芯片(就是現(xiàn)在俗稱的“內(nèi)存”)的生意越來越艱難。

　　而且日本公司的存儲芯片質(zhì)量和性能在當(dāng)初幾乎是無與倫比的，其價格也遠(yuǎn)低于Intel公司的同類產(chǎn)品。這時候，英特爾公司面臨著當(dāng)時有史以來最大的生存危機(jī)。最終他們做出一個令人欽佩的決斷：放棄內(nèi)存，全力投入微處理器業(yè)務(wù)。就這樣原來專門從事存儲芯片市場的Intel向計算機(jī)微處理器市場轉(zhuǎn)向了，也正是從此開始，Intel這顆新星一直得到全球計算機(jī)界的關(guān)注！

　　當(dāng)然在做出這樣的大膽決定也并不是憑空拍腦袋亂決定的，在作這決定之前，還是有過過業(yè)務(wù)的經(jīng)歷。當(dāng)初英特爾的一家客戶(Busicom calculator)要求英特爾為其專門設(shè)計一些處理芯片。在研究過程中，英特爾的研究員霍夫(Hoff)問自己：對于集成電路，能否在外部軟件的操縱下以簡單的指令進(jìn)行復(fù)雜的工作呢？為什么不可將這個計算機(jī)上的所有邏輯集成到一個芯片上，并在上面編制簡單通用的程序呢？這其實就是今天所有微處理器的原理。

　　令人不解的是，當(dāng)時在存儲器芯片市場上叱詫風(fēng)云的日本公司卻對此毫無興趣，這也給了Intel一個發(fā)展的機(jī)會(因為當(dāng)時的Intel還比較弱，如果日本公司有興趣的話，說不定Intel又得轉(zhuǎn)行)。在這種有利環(huán)境下，1971年，霍夫在同事的幫助及公司支持下，嘗試著把中央處理器的全部功能集成在一塊芯片上，并加上存儲器，最終獲得成功，這就是Intel最初的一塊集成電路微處理器，后來被稱為4004的芯片。

　　從這圖中我們可以看出，這塊最初的微處理器芯片非常簡單(采用16腳雙列直插式封裝)，還不如現(xiàn)在普通的集成電路，但在當(dāng)時卻是一個偉大的創(chuàng)舉！



　　4004芯片其實是為Intel客戶Busicom calculator專門設(shè)計制造的，集成度只有2300個晶體管，功能其實比較弱，且計算速度較慢，只能用在Busicom計算器上。但已經(jīng)可以看到個人電腦的影子，而且比起第一臺電子計算機(jī)ENIAC來說，它已經(jīng)輕巧了許多許多。

　　它最大的歷史意義在于，它是第一塊通用型微處理器，這在當(dāng)時專用集成電路設(shè)計橫行的時代是難得的突破。據(jù)說當(dāng)時有一位美國人在無線電雜志上讀到4004的消息后，立即就想能用這個CPU來開發(fā)個人使用的操作系統(tǒng)。但是經(jīng)過一番仔細(xì)分析之后發(fā)現(xiàn)4004芯片的功能實在是太弱，離他設(shè)想比較遠(yuǎn)，只好作罷，這個人就是現(xiàn)在鼎鼎大名的微軟公司老板—比爾蓋茨。不過從此之后，他對英特爾的動向非常關(guān)注，終于在1975年成就了微軟公司(Microsoft Corporation)。

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4004處理器只能處理4位數(shù)據(jù)，內(nèi)部指令是8位的。4004擁有46條指令，采用16針直插式封裝。數(shù)據(jù)內(nèi)存和程序內(nèi)存分開，1KB數(shù)據(jù)內(nèi)存，4KB程序內(nèi)存。運(yùn)行時鐘頻率預(yù)計為1MHz，最終實現(xiàn)達(dá)到了740kHz，能進(jìn)行二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)學(xué)運(yùn)算。這款處理器很快得到了整個業(yè)界的承認(rèn)，藍(lán)色巨人IBM還將4004裝備在IBM 1620機(jī)器上。

四、后續(xù)CPU的研發(fā)歷程

　　隨著Intel 4004芯片的成功誕生，Intel更是堅定了自己走微處理器開發(fā)之路的信心，于是正式投入了大量的財力、人力進(jìn)行全力開發(fā)設(shè)計，公司由于一個接一個的成功，也一天天壯大，直到今天仍一直PC處理器的80以上市場，這不能不說是一個奇跡。下面就循著Intel的足跡來全面了解一下它的微處理器開發(fā)歷程。

1.8008

　　4004微處理器芯片之后的第一個改進(jìn)版稱之為“8008”，它是Intel于1972年開發(fā)成功的，但它已不再是專門為某家客戶而開發(fā)的，而是屬于第一塊通用意義上的微處理器。8008的運(yùn)算能力比4004要強(qiáng)勁2倍。如圖4所示的就是Intel 8008微處理器的芯片示意圖，從圖中可以看出，它同樣采用雙列封裝方式，但增加了2個引腳，達(dá)18腳。



2.8080

　　在8008微處理器芯片之后，于1974年Intel開發(fā)一種更先進(jìn)的8080微處理器芯片，8080被用于當(dāng)時一種品牌為Altair(牽牛星)的電腦上，并且在短短數(shù)月的時間里，銷售業(yè)績達(dá)到了數(shù)萬部，創(chuàng)造了個人電腦銷售歷史上的一個里程碑。



　　8080處理器擁有16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線，包含7個8位寄存器(A、B、C、D、E、F、G,其中BC、DE、HL組合可組成16位數(shù)據(jù)寄存器)，支持16位內(nèi)存，同時它也包含一些輸入輸出端口，這是一個相當(dāng)成功的設(shè)計，還有效解決了外部設(shè)備在內(nèi)存尋址能力不足的問題。

　　8080微處理器芯片的外觀如圖5所示，它相對這之前的微處理器芯片來說要復(fù)雜許多，封裝方式仍是雙列直插式，但引腳已增加到40腳，增加幅度達(dá)100%以上。

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3.8086

　　1978年，Intel的8086處理器誕生了，這個處理器也標(biāo)志著x86王朝的開端。Intel有了前面幾代微處理器的研發(fā)經(jīng)驗，并且積累了原始資金，Intel無論在資金還是在微處理器技術(shù)開發(fā)上都已相當(dāng)強(qiáng)大，所以在1974年開發(fā)8080微處理器芯片之后，歷經(jīng)近4年努力，終于推出了具有劃時代意義的8086微處理器芯片。

　　說它具有劃時代意義，那是因為自這塊芯片開始，Intel的微處理器芯片終于得到最廣泛的應(yīng)用。也是從這一芯片開始才奠定了x86微處理器架構(gòu)王朝的基礎(chǔ)，使得它在今后的處理市場上處于絕對壟斷的地位。這塊神奇的8086微處理器芯片如圖所示。



　　除了8086這塊處理器芯片之外，為了提高處理器的運(yùn)算性能，還專門開發(fā)一塊用于輔助處理器運(yùn)算的芯片，那就是8087數(shù)學(xué)協(xié)處理器芯片，如圖所示。

　　當(dāng)然，Intel的8086芯片之所以以非常大的成功，另一個更關(guān)鍵的因素是站到了巨人的肩膀上，這位巨人就是已遠(yuǎn)近聞名的IBM。當(dāng)時IBM研究了一款用來打擊蘋果公司個人電腦的新PC機(jī)，需要選擇一款功能強(qiáng)大，易于拓展的處理器來驅(qū)動，而英特爾的x86處理器正符合IBM公司需求，成為IBM PC機(jī)的新“大腦”。

　　因為有了8086處理器的強(qiáng)大驅(qū)動，IBM新機(jī)型迅速成為市場上最搶手的PC，一舉擊敗蘋果公司的個人電腦。正因為有“巨人”帶路，使得英特爾公司迅速壯大，并奇跡般地把它帶入了財富500強(qiáng)大公司的行列，并被財富雜志稱之為“Business Triumphs of the Seventies”(七十大商業(yè)奇跡之一)。

　　IBM公司PC機(jī)的大獲成功，不但帶旺了英特爾的生意，還造就了另外一個商業(yè)奇跡——微軟公司。比爾蓋茨也搭車銷售了DOS操作系統(tǒng)，為今天稱霸軟件行業(yè)攫取了第一桶金。不但如此，因為IBM公司的遠(yuǎn)見，開放了PC架構(gòu)的授權(quán)，Compaq(康柏公司，今天是HP公司的一部分)等第三方制造商也大獲其利。

　　當(dāng)然這對IBM自身也是一大壯舉，因為正因開放了PC架構(gòu)，使得IBM的PC架構(gòu)迅速成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)，在多個第三方廠商的支持下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)把保守的蘋果公司的個人電腦拋在身后，至今蘋果公司還在為當(dāng)時沒有及時開放個人電腦架構(gòu)，讓IBM捷足先登而后悔不已。

　　在8086處理器家族中還有一個簡化版本，那就是8088，如圖所示。



　　IBM在PC XT選用的是8088這個8086的簡單化版本。8088內(nèi)部指令是16位，而外部是8位數(shù)據(jù)總線，相對于8086內(nèi)、外部數(shù)據(jù)總線均為16位，地址總線為20位，可尋址1MB內(nèi)存的規(guī)格來說，是稍差了一點，但是已經(jīng)足以勝任DOS系統(tǒng)和當(dāng)時的應(yīng)用程序了需求。8086集成2.9只晶體管，其時鐘頻率為4.77MHz，在數(shù)學(xué)協(xié)處理器8087的配合下，發(fā)揮出更高的效率，但這兩種芯片使用相同的指令集，也就是后來所定義的x86指令集。

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在此需要說明一下，數(shù)學(xué)協(xié)處理器現(xiàn)在通常內(nèi)建于CPU內(nèi)部，不再需要另外開發(fā)一塊單獨的芯片，但是由于受上世紀(jì)70年代的技術(shù)限制，一般只能將數(shù)學(xué)協(xié)處理器做成另外一個芯片供用戶選擇。這樣做的好處是減少了制造的成本，提高了良品率，更可以降低速度不敏感的用戶的支出(他們可以暫時不買數(shù)學(xué)協(xié)處理器，只是在需要時買一個回來插到IC插座里即可)。

4.80286

　　1982年，英特爾發(fā)布了80286處理器，也就是俗稱的286。這是英特爾第一個可以運(yùn)行所有為其開發(fā)的應(yīng)用程序的處理器。80286芯片集成了14.3萬只晶體管、16位字長，時鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線皆為16位，地址總線為24位。

　　與8086相比，80286尋址能力達(dá)到了16MB，可以使用外存儲設(shè)備模擬大量存儲空間，從而大大擴(kuò)展了80286的工作范圍，還能通過多任務(wù)硬件機(jī)構(gòu)使處理器在各種任務(wù)間來回快速切換，以同時運(yùn)行多個任務(wù)，其速度比8086提高了5倍以上。

　　IBM公司將80286用在技術(shù)更為先進(jìn)的AT機(jī)中，與IBM PC機(jī)相比，AT機(jī)的外部總線為16位(PC XT機(jī)為8位)，內(nèi)存一般可擴(kuò)展到16MB，可支持更大的硬盤，支持VGA顯示系統(tǒng)，比PC XT機(jī)在性能上有了重大的進(jìn)步。如圖8所示的就是286處理器芯片示意圖，從圖中可以看出，它已與現(xiàn)代的CPU在外觀上比較接近了，引腳明顯增多。



　　由于IBM開放了PC機(jī)架構(gòu)，使得許多第三方廠商迅速成長，在286時代造就了許多千萬富翁，同時也成就是許多“神話”，其中一個最大的PC神話，就是Compaq(康柏公司)的成長。當(dāng)然這個神話在建立在IBM的重在策略失誤上。

　　為了保持原有的PC XT機(jī)市場，IBM公司在是否推出基于286新處理器芯片方面產(chǎn)生了很大的分歧，反對者認(rèn)為這么快推出新機(jī)型會影響到原有機(jī)型的銷售，而且反對的聲音非常大，最終使得IBM領(lǐng)導(dǎo)層放棄了采用286處理器芯片的決定。

　　但是Intel公司并不能等，80286處理器已經(jīng)批量生產(chǎn)了，不可能堆在倉庫里等IBM慢慢消化，況且IBM的PC架構(gòu)早已公布于世，這時生產(chǎn)兼容IBM PC的康柏公司就鉆了這個空子，快速推出基于286處理器的PC機(jī)，由于286處理器芯片較以前芯片有著質(zhì)的飛躍，IBM原有的PC XT機(jī)及小型機(jī)遠(yuǎn)不是286機(jī)的對手，使得Compaq公司一舉打敗IBM成為PC市場的新霸主。286機(jī)型如圖所示，從圖中可以看出，它基本上與現(xiàn)在的PC機(jī)差不多，只是少了個鼠標(biāo)和音箱，因為這兩個都是隨著計算機(jī)應(yīng)用的不斷深入才出現(xiàn)的。

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5.80386

　　Intel處理器的以前版本都是16位及以下的，這一局面自Intel的386處理器的成功開發(fā)而結(jié)束，進(jìn)入了32位元的世代。

　　1985年，英特爾極力推出了80386處理器。386處理器集成了27萬5千只晶體管，超過了4004芯片的一百倍。并且386還是英特爾第一塊32位處理器，同時也是第一種具有“多任務(wù)”功能的處理器。386處理器芯片如圖10所示。



　　不過如過渡到286一樣，英特爾在386處理器推廣上遇到了很大壓力，因為當(dāng)時有一種流行的觀點認(rèn)為286已經(jīng)足夠了，根本沒有必要生產(chǎn)386電腦，在銷售上開始并不如意。但是英特爾的領(lǐng)導(dǎo)人并不這樣認(rèn)為，在宣傳上采納了很多讓人耳目一新的手法。

　　另一方面，由于386芯片價格較高，為了消除部分不想出高價用戶的顧慮，Intel對386芯片區(qū)分出不同的規(guī)格，去適應(yīng)不同的用戶需求。如后來推出的80386SX處理器芯片就是一款低端386處理器芯片，這款處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為32位，與80386相同，但外部數(shù)據(jù)總線為16位，這樣，80386SX處理器就既有386的優(yōu)點，又有286的成本優(yōu)勢，推出后取得了很大的市場成功。為了便于區(qū)別，把原來的386芯片改稱為386DX。

　　386時代，Intel在處理器技術(shù)上有了很大進(jìn)步。80386處理器內(nèi)部內(nèi)含27.5萬個晶體管，時鐘頻率為12.5MHz，其后又提高到20MHz、25MHz、33MHz等。80386DX的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可尋址高達(dá)4GB內(nèi)存，遠(yuǎn)非286所能比擬的。更重要的，386處理器可同時模擬多個8086處理器來提供多任務(wù)處理能力。(

軒轅砍刀

許多朋友或許對本篇中所介紹的內(nèi)容比較熟悉，特別是有過十年左右計算機(jī)使用經(jīng)驗的讀者。但對于大多數(shù)學(xué)生朋友相信仍可以找到許多新鮮的感覺，下面接著介紹Intel的后續(xù)處理器的開發(fā)。

一、486

　　在386處理器芯片取得非常大的市場成功后，Intel的微處理器霸主地位其實已經(jīng)形成，并且在一定程度上形成了共識，那就是Intel成了PC機(jī)的微處理器的代名字。借著這股強(qiáng)勁的東風(fēng)，Intel于1989年發(fā)布了功能更加強(qiáng)勁的80486處理器芯片。

　　80486處理器集成了125萬個晶體管，時鐘頻率由386處理器的25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后來的100MHz，由此可見486處理器在性能上的提高是非常明顯的。

　　借鑒386成功引入不同用戶策略方法，在486處理器同樣推出了兩種不同版本(工作頻率有多種)，但這兩種不同版本不是外部數(shù)據(jù)總線不同，而是是否包含數(shù)學(xué)協(xié)處理器，標(biāo)準(zhǔn)版本i486為i486DX，而不包括數(shù)學(xué)協(xié)處理器的版本則為i486SX，如圖所示是標(biāo)準(zhǔn)的486處理器芯片i486DX。



　　在i486處理器中采用了許多最新技術(shù)，這些新技術(shù)就包括：在80486處理器內(nèi)部包括了一個數(shù)學(xué)協(xié)處理器，它是英特爾第一個內(nèi)部包含數(shù)字協(xié)處理器的CPU；首次使用了RISC(精簡指令集)技術(shù)，從而提升了每時鐘周期執(zhí)行指令的速度；采用了突發(fā)總線方式，大大提高了處理器與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度等等。由于這些大的改進(jìn)，80486處理器的性能比原來帶有80387數(shù)學(xué)協(xié)處理器的80386處理器快了4倍有多。

　　還有一個在由的最大區(qū)別就是首次采用Socket處理器架構(gòu)，通過主板上的處理器插與處理器的插針接觸。不過由于是第一次采用這種架構(gòu)，所以就486處理器時代就存在著多種Socket處理器架構(gòu)，如Socket 1、Socket 2、Socket 3、Socket 6等，不同頻率的486CPU所采用的處理器架構(gòu)如下表所示。

軒轅砍刀

Socket類型  針腳數(shù)  工作電壓  處理器型號  處理器編號  
Socket 1  169  5v  
Intel486 SX  BOXDX4ODP75,BOXDX4ODP100  
Intel486 DX  BOXDX4ODPR75,BOXDX4ODPR100  

Socket 2  238  5v  
Intel486 SX     BOXDX4ODP75,BOXDX4ODP100  
Intel486 DX    BOXDX4ODPR75,BOXDX4ODPR100  
Intel       DX2  BOXPODP5V63,BOXPODP5V83
  
Socket 3  237  3v/5v  
Intel486 SX  BOXDX4ODP75,BOXDX4ODPR75  
Intel486 DX  BOXDX4ODP100,BOXDX4ODPR100  
IntelDX2  BOXPODP5V63,BOXPODP5V83
  
Socket 6  235  3v  
IntelDX4  預(yù)留給將來的產(chǎn)品  

　　從上表可以看出，在同一Socket處理器架構(gòu)中有多種不同頻率的486處理器可以采用，所以自那里開始計算機(jī)的CPU也可以升級了，而不是像以前那樣，因CPU是直接焊在主板上而沒有任何選擇余地。也自那里開始計算機(jī)DIY也開始一步步成為現(xiàn)實，“組裝機(jī)”之說也開始深入人心。

　　以前由于微處理器是直接焊在主板上的，用戶無法對處理器進(jìn)行更換，更沒有“組裝機(jī)”之說，全是像IBM、Compaq等這樣的品牌機(jī)，而且那里由于國內(nèi)還沒有生產(chǎn)計算機(jī)能力的廠商，所以基本上都是青一色的洋品牌。當(dāng)然，由于那時可以更換的也只有CPU，且那里真正懂得電腦DIY的人非常之少(幾乎沒有)，所以486時代也沒有真正開始電腦DIY，只不過已有這種可能而已。

　　486處理器是英特爾非常成功的商業(yè)項目，很多廠商也看清了英特爾處理器的發(fā)展規(guī)律，因此很快就隨著英特爾的營銷戰(zhàn)略而轉(zhuǎn)型成功。后來486在倍頻上規(guī)格有所改進(jìn)，又推出了i486DX2、i486DX4的新規(guī)格。i486DX2的涵義是處理器內(nèi)部工作頻率為外頻的2倍，i486DX4則處理器內(nèi)部工作頻率為外頻的4倍，這樣緩解處理器內(nèi)部高速與外部總線的慢速的矛盾。

二、Pentium(奔騰)

　　也許我們早已發(fā)現(xiàn)Intel的前面所有處理器都是以80x86來命名的，因為人們也就把相應(yīng)時代稱之為x86時代，如286時代、386時代和486時代。由于到了586時代出現(xiàn)了部分有影響力的競爭對手，最突出的是像AMD、Cyrix、IDG這樣的二線微處理器開發(fā)、生產(chǎn)廠商，為了保護(hù)自己的知識產(chǎn)權(quán)，Intel清楚地知道必須為自己的產(chǎn)品進(jìn)行商標(biāo)注冊，否則很可能被其它廠商同時使用，影響自己產(chǎn)品的市場。

　　而商標(biāo)法規(guī)定動作數(shù)字是不能作為商標(biāo)使用的，于是Intel必須為其新產(chǎn)品重新取一個非數(shù)字的商標(biāo)。在這樣的背景下，本應(yīng)稱為“80586”的新一代微處理器被改稱之為“Pentium”(奔騰)了。由于一時人們還無法改變以前數(shù)字式的稱謂，所以在Pentium處理器推出后仍有不少人把它稱為“586”，直到下一代Pentium MMX的推出。

　　1993年，英特爾發(fā)布了Pentium(奔騰)處理器。Pentium處理器集成了310萬個晶體管，最初推出的初始頻率是60MHz、66MHz，后來提升到200MHz以上。第一代的Pentium代號為P54C，其后又發(fā)布了代號為P55C，內(nèi)建MMX(多媒體指令集)的新版Pentium處理器。Pentium處理器同樣采用自486開始的Socket處理器架構(gòu)。但要注意的是，最初的60MHz、66MHz Pentium處理器是采用Socket 6架構(gòu)的，而非我們通常所了解的Socket 7，所以購買早期版本的Pentium處理器是沒有不可升級的。Pentium處理器的外觀如圖所示。


　　Pentium MMX是英特爾在Pentium內(nèi)核基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其最大的特點是增加了57條MMX擴(kuò)展指令集。這些指令專門用來處理音視頻相關(guān)的計算，目的是提高CPU處理多媒體數(shù)據(jù)的效率，也正因如此，“多媒體電腦”之說的聲音當(dāng)時是傳遍了全世界，也從此加速了電腦的多媒體應(yīng)用。

　　MMX指令集的推出非常成功，在之后生產(chǎn)的各型CPU都包括這些指令集，只不過其后的產(chǎn)品對其原有指令進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)展。由于當(dāng)時的電腦應(yīng)用隨著微軟Windows系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，音、視頻信號在普通的電腦應(yīng)用中已非常普遍，加入的MMX指令集正好滿足了當(dāng)時的這種多媒體應(yīng)用需求，所以對整個處理器性能的發(fā)揮起著非常重要的作用。所以在Tom's Hardware的測試中，即使最慢的Pentium MMX 166MHz也比Pentium 200MHz普通版要快。Pentium MMX的外觀如下圖所示。



　　Pentium處理器中除了Pentium MMX外，還有一種版本，那就是隨后于1995年秋天推出的Pentium Pro處理器。Pentium Pro處理器是英特爾首個專門為32位服務(wù)器、工作站設(shè)計的處理器，可以應(yīng)用在高速輔助設(shè)計、機(jī)械引擎、科學(xué)計算等領(lǐng)域。英特爾在Pentium Pro的設(shè)計與制造上又達(dá)到了新的高度，總共集成了550萬個晶體管，并且整合了高速二級緩存芯片。

　　由于Intel當(dāng)時對處理器流水線深度把握不夠(整個處理器的流水線級數(shù)達(dá)14級)，且與之配套的技術(shù)沒跟上，使得初期的Pentium Pro版本的執(zhí)行效率還不及同頻率或者低頻率Pentium處理器的怪現(xiàn)象。不過后來Intel及時發(fā)現(xiàn)了這一不良現(xiàn)象，并在技術(shù)上做出了相應(yīng)處理，使得Pentium Pro處理器呈現(xiàn)出應(yīng)有的效能水平，從而繼續(xù)羸得了廣大用戶的信任。Pentium Pro處理器的外觀如下圖所示。