不朽經典！回顧30年最具影響力處理器

    泡泡網CPU頻道3月24日 國外媒體曾評出過迄今為止最具影響力的11款微處理器，英特爾4004、8080、奔騰和AMD Opteron 240等紛紛上榜。 上榜的這11款產品也許并不是最強大、最暢銷、最成功的處理器，但他們都引領了一種趨勢，無論是在架構、營銷理念，還是一種全新的計算方式方面。現在讓我們回顧一下： 

  1. 英特爾4004 (1971年)

    4004是英特爾第一款微處理器，也是全球先進款微處理器，使用該款處理器的代表產品為1971年推出的Busicom 141-PF Calculator。該款處理器原先是為一家名為Busicom的日本公司而設計，用來生產電算機。

    4004處理器的尺寸為3mm×4mm，外層有16只針腳，內里有2,300個晶體管，采用五層設計，它采用10微米制程。

    4004的最高時脈有740KHz，能執行4位元運算，支援8位元指令集及12位元位址集。當時脈是108KHz時，它可以每秒運算6萬次，成本低于100美元。4004處理器的性能與早期電子計算機ENIAC相若。ENIAC是在1946年推出，機器體積龐大，需占用一個房間。ENIAC擁有18000個真空管。

  2. 英特爾8080 (1974年)

   1974年4月Intel又推出了一款8位處理器，是第一款真正意義上的微處理器，使用該款處理器的代表產品為1975年推出的MITS Altair 8800計算機。

    8080處理器，集成6000只晶體管，每秒運算29萬次，擁有16位地址總線和八位數據總線，包含7個八位寄存器，支持16位內存，同時它也包含一些輸入輸出端口，這也是一個相當成功的設計，有效解決了外部設備在內存尋址能力不足的問題。

    開始8080主要應用于控制交通信號燈，很快EdRoberts宣布AItair8800(牽牛星，這個名字來源于當時電視節目里一個流行的科幻劇）個人電腦的誕生，它的核心是8080芯片，有256Bit存儲器，沒有鍵盤、鼠標、顯示器、數據存儲設備，也沒有軟件，輸入數據是通過觸發器的開關來記錄代碼的，輸入是用閃爍的紅燈給出二進制代碼的答案。這是有史以來第一個廣為人知的個人電腦。

    在此以后，Intel、Motorola 、Zilog又相繼推出INTEL8085、MC6800、Z80等字長為8位的微處理器。這些微處理器集成約9000多只晶體管，開始替代電子邏輯元件，被應用于各種應用電路和設備之中。

   3. Acorn Computers ARM2 (1986年)

    ARM是微處理器行業的一家知名企業，設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。

    一款32位處理器，被廣泛應用于許多嵌入式系統中，使用該款處理器的代表產品為1987年推出的Acorn Archimedes。

　　ARM將其技術授權給世界上許多著名的半導體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的都是一套少有的ARM相關技術及服務。利用這種合伙關系，ARM很快成為許多全球性RISC標準的締造者。

    ARM公司在1985年時開發出ARM1 Sample版，而首顆"真正"的產能型ARM2于次年量產。ARM2具有32位的數據總線、26位的尋址空間，并提供64Mbyte的尋址范圍與16個32-bit的暫存器。

    ARM2可能是全世界最簡單實用的32位微處理器，其僅容納了30000個晶體管（相較于Motorola六年后的68000其包含了70000顆）。之所以精簡的原因在于它不含微碼，而與現今大多數的CPU不同，它沒有包含任何的高速緩存。這個精簡的特色使它只需消耗很少的電能，卻能發揮比Intel 80286更好的效能后繼的處理器ARM3更備有4KB的高速緩存，使它能發揮更佳的效能。

  4. Intel 8088 (1979年)

    Intel 8088是一個Intel以8086為基礎的微處理器，擁有16位寄存器和8位外部數據總線。這是原本IBM PC上所使用的處理器。

    8088使用8位的設計，所針對的是較為經濟之系統。在它推出時候，大的數據總線寬度電路板還是相當地昂貴。到目前為止使用8088之最重要的微計算機是IBM PC。原本的PC處理器是以4.77MHz的時鐘頻率運行。

    顯然地IBM自家工程師想要使用Motorola 68000，并且它后來被用在已經遺忘的IBM儀器9000實驗室計算機中，但是IBM已經擁有制造8086家族的授權，以作為給Intel氣泡式存儲器設計的授權之交換。使用8位8088版本的一個因素是，它可以使用現有Intel 8085形態的組件，允許以修改8085設計的方式為基礎制造計算機。68000的組件在當時并非廣泛可以得到，雖然可以使用Motorola 6800組件來達成一種程度。

    Intel的泡沫式存儲器在當時市場上推出有一段時間，但是由于從日本公司來的低廉價格所產生的激烈競爭，Intel離開了存儲器市場并且專注在處理器上。兼容可以取代的芯片NECV20是由NEC所制造，改進了約20%的功率改善。

    5. MOS Technology 6502 (1975年)

    6502是一款功能強大但價格低廉的處理器產品，當時英特爾8080售價149美元，而6502僅為25美元。6502被應用于許多計算機中，代表產品為1977年的Apple II。

    MOS 6502是1975年由MOS科技所研創的8位元微處理器。當年6502剛問世時是當時功效最強的CPU，且價格只有大型業者（如Motorola、Intel）相近產品的六分之一甚至更低；且除了Zilog公司的Z80外，6502幾乎快過多數業者的相近產品，進而激起一系列的的電腦專案，并在之后的1980年代帶來一場個人電腦的革命。

    MOS科技僅授權兩家業者能相容研制6502，即是所謂的“第二供貨源”，此分別是洛克威爾國際公司與Synertek公司，更之后才有更多的業者獲得相容研制的授權，并仍持續在嵌入式系統的市場中供貨。

    6. Zilog Z80 (1976年)

    是一款8位處理器，是英特爾8080處理器的克隆產物，但由于功能強，價格低，反而蠶食了8080處理器的份額。采用該款處理器的代表產品為Radio Shack TRS-80 Model I計算機。

    當時微軟有很多產品都是基于CP/M系統，于是保羅艾倫，找人設計了一種Soft Card的軟件轉換卡，即通常所說的Z80卡，這種卡上帶有Z80處理器，能夠接管Apple II的總線控制權、內存地址變換以及接口分配等。

    Zilog公司的Z80是與Intel 8080兼容的芯片，其實Zilog公司的創始人費根原本是英特爾公司從4004到8080芯片開發的功臣，后來自己跳槽單挑一攤，成立了Zilog公司，他的Z80芯片是Intel 8085芯片（8080的后繼產品，最初的8080芯片需要8224、8228兩塊芯片的支持，而這三者在8085中被集成到了一起）的一種改良版，曾與８０８５在市場上有過競爭，結果是使得它們成為市場的標準（這兩者本身是互相兼容的），也加速了CP/M成為市場標準的過程，只可惜Zilog后繼乏力，不久便從市場上消失了。

    這種轉換卡推出以后，立即成為暢銷品，第一年便賣出了兩萬五千塊，到80年代初，共有十萬多臺Apple II安裝上了這種轉換卡。這樣一來，AppleII反而成了擁有最多CP/M用戶的機型。

    7. AMD Opteron 240 (2003年)

    Opteron 240基于AMD 64位擴展技術的首款處理器。Opteron 64之所以在推出時引發了廣泛的關注，其最主要的原因就在于它在支持64位應用程序的同時，還向下兼容32位程序。當然，AMD為了優化32位應用程序的性能對處理器的架構作了一定的調整。

　　2003年4月22日AMD發布了基于AMD64技術的AMD Opteron“皓龍”處理器，這是世界上首款同時支持32位計算的64位處理器。奠定了64位計算發展史上的里程碑，開創了64位的計算時代。

    AMD Opteron處理器和AMD Athlon 64處理器之間的主要區別在于芯片上嵌入的HT連接的數量。AMD Athlon 64處理器含有1條HyperTransport連接，可以提供6.4 GB/s的數據傳輸速率，而AMD Opteron處理器可以提供三條連接，Socket 939 Opteron系列同樣具備三條 HyperTransport 連接總線，不過由于定位為1路服務器，所以其中兩條在出廠時就已經被屏蔽。在處理器的緩存大小上也有所不同。

    8. RCA COSMAC CDP 1802 (1976年)

    RCA 1802是應用在太空中的第一款處理器，20世紀70年代這款處理器被應用在探測器和衛星中，其中包括了著名的Viking、Galileo和Voyager，它的低功耗和高可靠性，可以在超出地球大氣層的苛刻條件下運行。

    Voyager 1中使用了3顆1802處理器，現在距離地球102英里，是距離地球最遠的人造項目，它已經離開我們的太陽系很久，正朝著星際空間前行。被用于“旅行者1號”太空探測器中。

    1802 8位微處理器。它擁有16個16位的寄存器文件，可以使用SEP指令，能夠設置任何一個寄存器成為程序計數器。RCA 1802被譽為是RISC 芯片的鼻祖。

    太空中選用CDP 1802，一是因為它可以在很低的功耗下運行；二是因為它采的工藝可以更好地抗宇宙射線和電脈沖。因此1802也被認為是第一塊抗輻射微處理器。

   1802芯片具有所謂靜態設計，就是說它的時鐘頻率可以設為任意低；這種設計可以讓航天器上的處理器以很低的速度運行（最低可以到0赫茲，也就是停機狀態）。這樣的話，如果飛船在航行過程中正處于長時間沒有事件的旅程的時候，可以把電能消耗降到最低。在有任務到達的情況下，例如要進行航線修正，高度控制，數據采集或者無線電通訊的時候，又可以用定時器或者傳感器來喚醒處理器，或者加速其運行。

    9. AIM PowerPC 601 (1992年)

    蘋果Power Macintosh 6100使用的處理器，同時也被用于任天堂Wii和微軟Xbox 360游戲機中。

    PowerPC是Apple、IBM和摩托羅拉（Motorola）聯盟（也稱為AIM聯盟）的產物，它基于POWER體系結構，但是與POWER又有很多的不同。例如，PowerPC是開放的，它既支持高端的內存模型，也支持低端的內存模型，而POWER芯片是高端的。最初的PowerPC設計也著重于浮點性能和多處理能力的研究。當然，它也包含了大部分POWER指令。很多應用程序都能在PowerPC上正常工作，這可能需要重新編譯以進行一些轉換。

    PowerPC 601是第一代PowerPC系列中的第一個芯片。它是POWER和PowerPC體系結構之間的橋梁，其與POWER1的兼容性比以后的PowerPC都要好（甚至比POWER同一系列的芯片還要好），同時它還兼容Motorola88110總線。PowerP C601的首次面世是在1994年最早的PowerMac 6100中，其主頻為66Mhz。這條產品線中的下一個芯片是603，它是一個低端的核心，通常在汽車中可以找到。它與PowerP C603同時發布，當時PowerPC 604是業界最高端的芯片。603和604都有一個“e”版本（603e和604e），該版本中對性能進行了改善。最后，第一個64位的PowerPC芯片，也是很高端的PowerPC620于1995年發布。

    10. 摩托羅拉68000 (1980年)

    蘋果Macintosh計算機最初使用的處理器。摩托羅拉68000是當時最強大的處理器之一，被用于Sun-1等Unix工作站和服務器中，但在個人計算機市場卻表現欠佳，直至蘋果于1984年推出Macintosh計算機后。

    摩托羅拉68000型中央處理器，或稱MC68000，是由美國摩托羅拉公司（其半導體部門現已獨立成為飛思卡爾公司）出品的一款16/32位CISC（復雜指令集）微處理器。作為M68K處理器系列的第一個成員，MC68000于1979年投放市場。由于內部使用32位總線和寄存器，它在軟件層（指令集）上基本與隨后的純32位產品保持兼容。目前這款微處理器仍在嵌入式領域得到應用。

   最初的MC68000使用3.5微米HMOS技術（即高性能N通道金屬氧化物半導體，CMOS的前身）制造。1979年發布了工程樣品，次年產品型面世，速度有4、6、8、10兆赫茲多種。最快的16.67MHz版本到80年代末才面市。

    MC68000在早期得到了很多高端產品的青睞。在升陽公司的Sun workstation等多種Unix工作站中，MC68000一度占統治地位。市場領先的其他一些計算機，包括Amiga（阿米加）、Atari ST（雅達利ST）、Apple Lisa （蘋果Lisa）和 Macintosh（麥金托什），以及第一代激光打印機，如蘋果公司的LaserWriter，都使用MC68000。1982年，摩托羅拉進一步更新了MC68000的指令集以支持虛擬內存，并使其能夠滿足由Popek和Goldberg于1974年提出的虛擬化標準。

    11. 英特爾奔騰處理器 (1993年)

    奔騰，Pentium是英特爾的第五代單內核x86架構之微處理器，于1993年3月22日開始出貨。打破了“386”、“486”式的命名方式，開創了新的處理器品牌。

    繼承著80486大獲成功的東風，賺翻了幾倍資金的Intel在1993年推出了全新一代的高性能處理器——奔騰。由于CPU市場的競爭越來越趨向于激烈化，INTEL覺得不能再讓AMD和其他公司用同樣的名字來搶自己的飯碗了，于是提出了商標 注冊，由于在美國的法律里面是不能用阿拉伯數字注冊的，于是IntelL玩了個花樣，用拉丁文去注冊商標。奔騰在拉丁文里面就是“五”的意思了。Intel公司還替它起了一個相當好聽的中文名字——奔騰。

    奔騰的廠家代號是P54C，奔騰的內部含有的晶體管數量高達310萬個，時鐘頻率由最初推出 的60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。單單是最初版本的66MHZ的奔騰微處理器，它的運算性能比33MHZ的80486 DX就提高了3倍多，而100MHZ的奔騰則比33MHZ的80486 DX要快6至8倍。也就是從奔騰開始，我們大家有了超頻這樣一個用盡量少的錢換取盡量多的性能的好方法。作為世界上第一個586級處理器，奔騰也是第一個 令人超頻的最多的處理器，由于奔騰的制造工藝優良，所以整個系列的CPU的浮點性能也是各種各樣性能是CPU中最強的，可超頻性能最大，因此贏得了586級CPU的大部分市場。■<