CPU发展历史

cpu发展初始　　微处理器发展的第一阶段

　　CPU是怎样从无到有，并且一步步发展起来的。 根据大家的记忆，笔者把它分为了几个发展阶段。注意，这并非按

  

RISC

　　照教科书去分，而是我们的记忆。

　　Intel公司成立于1968年，格鲁夫（左）、诺依斯（中）和摩尔（右）是微电子业界

  

格鲁夫(左)、诺依斯(中)和摩尔(右)

的梦幻组合Intel 4004

　　1971年1月，Intel公司的霍夫(Marcian E.Hoff)研制成功世界上第一枚4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。

　　4004当时只有2300个晶体管，是个四位系统，时钟频率在108KHz，每秒执行6万条指令（0.06 MIPs)。功能比较弱,且计算速度较慢,只能用在Busicom计算器上。

　　格鲁夫 “只有偏执狂才能生存”

　　1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004（上图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。

　　Intel 8008

　　1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处

  

RISC

　　理器。

　　Intel 8080 ，第二代微处理器

　　1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了

  

RISC

基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。

　　摩尔定律

　　摩尔预言，晶体管的密度每过18个月就会翻一番，这就是著名的摩尔定律。

　　第一台微型计算机：Altair 8800 1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。

　　1976年,Intel 发布8085处理器 当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。Zilog公司于1976年对8080进行扩展,开发 出Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。直到今天，Z80仍然是8位处理器

  

8085

的巅峰之作，还在各种场合大卖特卖。CP/M就是面向其开发的操作系统。

  

第一台微型机器

许多著名的软件如:WORDSTAR 和DBASE II都基于此款处理器。

　　WordStar 处理程序WordStar是当时很受欢迎的应用软件，后来也广泛用于DOS平台。

编辑本段CPU的制造过程

切割晶圆

　　所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规

  

RISC

格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU的内核(Die)。

影印（Photolithography）

　　在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质，紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。

蚀刻(Etching)

　　用溶剂将被紫外线照射过的光阻物清除，然后再采用化学处理方式，把没有覆

  

揭了盖可以看到核心的处理器

盖光阻物质部分的硅氧化物层蚀刻掉。然后把所有光阻物质清除，就得到了有沟槽的硅基片。

分层

　　为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、 蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。

离子注入(IonImplantation)

　　通过离子轰击，使得暴露的硅基片局部掺杂，从而改变这些区域的导电状态，

  

处理器芯片

形成门电路。接下来的步骤就是不断重复以上的过程。一个完整的CPU内核包含大约20层，层间留出窗口，填充金属以保持各层间电路的连接。完成最后的测试工作后，切割硅片成单个CPU核心并进行封装，一个CPU便制造出来了。

编辑本段CPU的常识

　　第一介绍的是PC里面的心脏：CPU(Central Processing Unit)，被称呼为中心处理器或者Microprocessor微处理器。CPU是计算机的核心，其重要性好比心脏对于人一样。实际上，处理器的作用和大脑更相似，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。CPU的种类决定了你使用的操作系统和相应的软件，CPU的速度决定了你的计算机有多强大，当然越快、越新的CPU会花掉你更多的钱。

　　CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

　　如今，Intel的CPU和其兼容产品统治着微型计算机——PC的大半江山，但是除了Intel或AMD的CPU，还是你可能听说过的其他一些CPU，如HP的PA-RISC,IBM的Power4和Sun的UltraSparc等，只是它们都是精简指令集运算（RISC）处理器，使用Unix的专利操作系统，例如IBM的AIX和Sun的Solaris等。

　　虽然设计方式和工作原理的过程有区别，但不同处理器依然有很多相似之处。从外表看来，CPU常常是矩形或正方形的块状物，通过密密麻麻的众多管脚与主板相连。不过，你看到的不过是CPU的外衣——CPU的封装。而内部，CPU的核心是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片(其英文名称为die，核心)。在这块小小的硅片上，密布着数以百万计的晶体管，它们好像大脑的神经元，相互配合协调，完成着各种复杂的运算和操作。

　　硅能成为生产CPU核心的半导体材料主要是因为其分布的广泛性和价格便宜。此外，硅可以形成品质极佳的大块晶体，通过切割，得到直径8英寸甚至更大而厚度不足1毫米的圆形薄片——晶片(也叫晶圆)。一片晶片可以划分切割成许多小片，每一小片就是一块单独CPU的核心。当然，在切割之前有许多处理过程要做。

　　Intel发布的第一颗处理器4004仅仅包含2000个晶体管，而目前最新的Intel Pentium 8400EE处理器包含超过2.3亿个晶体管，集成度提高了十万倍，这可以说是当今最复杂的集成电路了。与此同时，你会发现单个CPU的核心硅片的大小丝毫没有增大，甚至变得更小了，这就要求不断地改进制造工艺以便能生产出更精细的电路结构。如今，最新的处理器采用的是0.065微米技术制造，也就是常说的0.065微米线宽。

　　Pentium 840EE处理器采用90nm制程的Smithfield核心，每核心1MB二级缓存，800MHZ的FSB，支持EDB防毒和EMT64T，可以搭配64位WinXP，90纳米制程，206平方毫米芯片面积，2.3亿晶体管。Pentium 4 643 (3.2GHz)采用65nm工艺的CedarMill，集成2MB二级缓存，单核心，支持HT、EM64T，VT。

　　需要说明的是，线宽是指芯片上的最基本功能单元——门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系统更稳定，CPU得以运行在更高的频率下，而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆，于是成本降低了。

　　随着线宽的不断降低，以往芯片内部使用的铝连线的导电性能将不敷使用，AMD在其K7系列开始采用铜连线技术。而现在这一技术已经得到了广泛应用。