第一部份: x86架構誕生期


 


Intel x86 CPU:


1971年--Intel推出4004,是第一個用於計算器的4位元微處理器,也是第一款個人有能力買得起的電腦處理器!!4004含有2300個電晶體,功能相當有限,而且速度還很慢。


1972年--推出8008, 8位元,是4004運算力的一倍,3300顆電晶體。


1974年--推出8080, 8位元,搭載在全球第一台個人電腦Altair上。


1978年--推出16位元的i8086,是多數人認為的第一顆處理器,同時還推出i8087,主要用於浮點運算,與8086指令集兼容,因此被人稱作x86指令集。


1979年--推出8088,16位元,內含29000個電晶體,於1981年時用於IBM PC。


1982年--推出80286,仍為16位元,134000個電晶體,CPU工作模式也衍生出兩種:實體模式與保護模式。


1985年--推出80386DX,為x86系列第一個32位元處理器,12MHz~33MHz,含275000個電晶體,增加虛擬86工作模式。


        標準晶片:80386DX


        同型晶片:80386SX, 80386SL, 80386DL


1989年--推出80486DX,電晶體數突破100萬,達120萬,主要的突破是內建浮點運算器(將80386和浮點協處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個晶片内)。


        1991年80486SX---省去浮點運算器的簡化版


1992年80486DX2---倍頻技術,內部以2倍速度執行


1994年80486SX2—DX2不含浮點運算器版


1995年80486DX4---內部以2~3倍速度執行


 


AMD x86 CPU:


1978年---AMD第一顆CPU ,AMD ,5MHz


1981年---x86系列衍生,Intel授權AMD生產x86CPU


1983年---推出80186, 6MHz~12MHz


1984年---推出80286, 6MHz~20MHz


1985年---Intel停止授權AMD推出相容386的CPU


1989年---推出自行開發的AMD386, 16MHz~40MHz,脫離Intel


1990年---推出AM486DX


         1992年AM486DX2


         1994年AM486DX4


參考資料:


AMD486


http://home.kimo.com.tw/kinwine/144.htm


http://home.kimo.com.tw/kinwine/145.htm


http://www.qfm.ks.edu.tw/Internet-edu/text04.htm


 


此一時期為x86架構成立時期,由8086至80486,IBM要求Intel必須授權x86讓其它廠商生產相容CPU ,除AMD外,尚有Cyrix(新瑞士) ,IBM ,UMC(聯華電子) ,VIA(威盛)等公司也有生產x86系列CPU,不過仍無法憾動Intel的地位


比較重要的進步:


x86萌芽期,比較突破性的部份是個人電腦的出現,使的電腦不再是研究室或大公司的玩物


286加入保護模式


386加入虛擬86模式


486將原本外置的浮點運算器內建


 


  


第二部份:分道揚鑣期


 


全面超越486的新一代586處理器問世,為了擺脫486時代處理器名稱混亂的困擾,最大的CPU製造商Intel公司把自己的新一代產品命名為Pentium(奔騰)以區別AMD和Cyrix的產品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86處理器來對付Intel。


 


Intel Pentium& Pentium Pro:


1993年推出Pentium


Pentium微處理器的特性


一、與x86家族相容


Pentium微處理器與之前的x86家族,如8088、80286、80386、80486等完全相容,並且可執行之前PC上數以萬計的軟體,使原先的軟體仍可繼續使用。


二、超級標量式架構(Superscalar Pipeline)


使Pentium微處理器在一個時鐘週期內,可以執行兩個指令碼,是486的兩倍速度。


三、高效能浮點運算器(High Performance Floating Point Unit)


使Pentium微處理器的浮點運算比486快3至5倍,大幅提昇圖形運算速度。


四、分支指令預測(Branch Prediction)


能讓Pentium微處理器預先載入下一個可能執行的指令,如此便可以最快的速度提供給CPU執行指令碼。


五、64BIT資料匯流排(64-Bit Data Bus)


64位元的資料匯流排,使資料傳輸率高達每秒528Mbyte,符合多媒體時代中大量的視訊資料傳輸。


六、支援多重處理器(Multiprocessor Support)


Pentium微處理器內建多處理器功能,可以在主機板上架構多處理器,加快執行速度,讓使用者同時使用多個CPU及Cache Memory(快取記憶體)的資源。


七、有16Kbytes的Cache Memory(快取記憶體)


Pentium的Dual On-Board Caches(雙重分離式快取記憶體)是採指令碼與資料區的Cache Memory分離,因此指令碼與資料區的Cache分開,各自擁8K的容量,使Pentium微處理器能全速執行指令,減少等待及搬移資料的次數及時間。


Pentium系列CPU基本資料表


















































































代號



名稱



內頻



外頻



倍頻



電壓



接腳數



插槽



製程



內部快



P5



Pentium 60



60MHz



60MHz



1



5V



273



SOCKET4



0.8um



16K



P5



Pentium 66



66MHz



66MHz



1



5V



273



SOCKET4



0.8um



16K



P54C



Pentium 75



75MHz



50MHz



1.5



3.3V



296



SOCKET5



0.6um



16K



P54C



Pentium 90



90MHz



60MHz



1.5



3.3V



296



SOCKET5



0.6um



16K



P54C



Pentium 100



100MHz



66MHz



1.5



3.3V



296



SOCKET5



0.6um



16K



P54C



Pentium 120



120MHz



60MHz



2



3.3V



296



SOCKET5



0.35um



16K



備註:Mhz表百萬芝,V伏特,um表微米。


參考PentiumPro


http://yuan.yocjh.kh.edu.tw/%B1%D0%A7%F7/pentium.htm


 


AMD K5:


1994年推出K5


K5架構圖


一、K5採用「RISC核心架構」,將傳統x86指令,切割成更細小且長度固定的ROP
(RISC OPeration,Risc運算微碼),解決傳統x86架構,因為指令碼長度大小
 不一,管線分配不均勻所造成的性能瓶頸。


二、K5是四線路超純量設計(4WaySuperscalar),每週期能同時解碼並發出四個
ROP微指令到管線上,分配給六個執行單元執行。這是比Pentium/P6更高層次且
更複雜的超純量架構,理想狀態下,K5每個週期應可執行四個指令,是同時脈
Pentium的兩倍!


三、內建8KB寫回式資科快取,以及16KB指令快取記憶體,搭配外部64位元資料
/記憶體匯流排。


四、具備隨機推測執行能力(Speculative executing),當執行到條件判斷或分歧
點時,內建lKB分歧預測緩衝區(含在16KB程式快取區),在指令分歧點的
預測位址,預先抓取程式碼進入管線,維持管線內指令的滿載狀態。


五、透過與lntel交換授權微碼指令集,K5與現有的x86程式碼完全相容,並經過「
視窗硬體驗證實驗室」(WHQL,Windows Hardware Qua lify Laboratory)
驗證,與Windows3.1、Windows 95家族作業系統能完全相容。


 























































AMD K5規格表



CPU編號



工作時脈



外部頻率



內部



工作電壓



K5-PR75



75MHz



50MHz



1.5



3.3V



K5-PR90



90MHz



60MHz



1.5



3.3V



K5-PR100



100MHz



66MHz



1.5



3.3V



K5-PR120



90MHz



60MHz



1.5



3.52V



K5-PR133



100MHz



66MHz



1.5



3.52V



K5-PR150



120MHz



60MHz



2.0



3.52V



K5-PR166



133MHz



66MHz



2.0



3.52V



  參考: K5


http://home.kimo.com.tw/cputerkimo/k5.htm


 


此一時期,Intel與AMD雖然以不同架構,不同名稱推出新一代的CPU,但是腳位仍相容,主機版也大多能相容,兩家尚未分的很徹底。


兩家都新增了超純量設計以及分支預測能力,這是這時期較重大的兩項進步,讓CPU在一個迴圈裡能執行超過1個指令,486以前就是很死板的一個迴圈1個指令,所以時脈多少就是能跑多快,但是增加那兩個技術後,同時脈下硬是比486以前的CPU還要快上許多。


 


Intel PentiumMMX&PentiumII:


1996年推出PentiumMMX


1997年推出PentiumII


Pentium MMX以450萬顆電晶體,採用0.35微米的CMOS省電製程製作而成,是世界上第一顆具備MMX指令集的Pentium級處理器。(MMX據稱是MultiMedia eXtension的簡稱)


它跟以往的Pentium的差別在於:除了內建57組MMX指令集能執行針對MMX開發的多媒體軟體之外,P55C把內部L1快取記憶體增加一倍,從原來的16KB增加到32KB,同時強化程式的分歧預測與管線位階,所以Pentium MMIX執行一般應用程式,也比同時脈的傳統Pentium(P54C)快了15~20%左右!


MMX架構是以CPU加上57組特殊的指令而成。這57組指令是以浮點運算單元中,ST(O)~ST(7)這八組浮點暫存器被重新設計,並稱為多媒體暫存器(MMXRegisters,從MMO-MM7),這些暫存器具備了單一指令平行處理的特性(SIMD,SingleInstructionMulti-Data),可以在一個週期內,平行地處理四種類型、最多八組的64位元寬度的類比/數位(AD/DA)數據,像是影像、聲音資料、波型等類比轉數位的資料,隨程式的定義;MMX處理單元也針對這些數位/類比訊號資料,設計出特殊的運算、移位、累加等指令與語法。


   

























型號



P55C-166



P55C-200



P55C-233



外頻



66MHz



66MHz



66MHz



倍頻



2.5



3.0



3.5/1.5



電壓



2.8V



2.8V



2.8V



參考: PentiumMMX


PentiumII


http://home.kimo.com.tw/cputerkimo/m15.htm


 


Intel Pentium II 處理器為P6家族的第二款處理器,採用與先前完全不同的Slot A架構,起先採用S.E.C.的黑色卡夾式包裝,但卻因散熱不佳,其後期的產品則採用S.E.C.C.包裝,將原先的Aluminum Thermal Plate散熱片,改成和目前 Celeron 處理器相同的散熱片,且將黑色塑膠外殼去除,採單邊式接觸卡匣,改用和Celeron相同的方式固定在主機板上。


參考: http://developer.intel.com/design/PentiumII/prodbref/


參考: http://www.angelfire.com/nt/6349/6.html


 


PentiumMMX&PentiumII兩者基本上是差不多的產品,都是P6架構,比較大的差異,是腳位上的不同,與製程不同所產生的時脈與快取大小的差異,同時也藉由PentiumII開始不與其它廠商共用相同腳位。


Intel不與其它廠商共用腳位的意圖很明顯,就是不讓他們有生存空間,可是PentiumII卻未能如願,因為PentiumII將L2快取”做在外面”,導至效能與MMX比起來,沒多大進步,Intel一舉擊垮它牌CPU的美夢未能成真。


 


AMD K6:


1997年推出K6


AMD K6是由一個具備有八百八十萬顆電晶體的晶片所製成,採用
了最先進的O.35微米、五層金屬矽片的製程技術生產,並且在封裝技
術上,採用了C4 (控制倒壓晶片連接 )技術,以CPGA (陶瓷插針柵陣
列 )的封裝方式來封裝,其C4的技術容許將晶片的全部面積,用作輸
入與輸出的接腳聯繫,而不像電線焊接技術只有晶元的圓周面才能作
輸入輸出的接腳,所以焊接至封裝的訊號傳輸距離較短,在微處理器
的電機效能與訊號傳遞上,會有較佳的效果。


K6具備與PENTIUM 相同的CPU 腳座SOCKET 7,且加入業界標準的
高效能多媒體指令MMX,並將L1 CACHE第一階內取記憶體設計為64
KB,其中以一個32KB記憶體為高速緩衝記憶體,而另一個可預先作解
碼的動作,二個高速緩衝記憶體皆回寫雙埠式設計,可在多工時確定
其間的資料沒有錯誤。































AMD K6處理器規格表



CPU編號



外部頻率



內部



工作電壓



推出日期



K6-166



66MHz



2.5



2.9V



4/2/97



K6-200



66MHz



3.0



2.9V



4/2/97



K6-233



66MHz



3.5



3.2V



4/2/97




 


參考: K6


http://home.kimo.com.tw/cputerkimo/amdk6.htm


 


AMD K6使用與PENTIUM 相同的CPU 腳座SOCKET 7,但Intel自PENTIUM II以後,不願再與AMD相容,因而走向slot1與socket370,AMD則持續固守SOCKET 7,打著”能持續升級”的口號,讓使用者不必為了升級電腦而必須更換主機版,這個策略加上低價,使的AMD在Intel一波波攻勢下生存下來。


 


 


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