 （龍芯1號(hào)）  （ 龍芯2號(hào) ） 2005年4月18號(hào)，承載著國(guó)人夢(mèng)想的龍芯 (Godson)2號(hào)面世了。這是可喜可賀的，因?yàn)閺?002年9月 28日外號(hào)“狗剩”的龍芯1號(hào)誕生到現(xiàn)在，時(shí)間僅僅過(guò)去了兩年多一點(diǎn)。龍芯2號(hào)市一枚64位CPU，采用四發(fā)射超標(biāo)量超流水結(jié)構(gòu)，一級(jí)指令和數(shù)據(jù)高速緩存 各64KB，二級(jí)高速緩存最多達(dá)8MB，頻率最高為500MHz，功耗3-5瓦。再加上龍芯2號(hào)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移猜測(cè)、寄存器重命名、動(dòng)態(tài)調(diào)度、亂序執(zhí)行技術(shù)以 及非阻塞的高速緩存和取數(shù)操作猜測(cè)執(zhí)行等動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)訪問(wèn)機(jī)制，所以盡管龍芯的頻率低了些，但整體效率卻仍達(dá)到了Pentium 3的水平。為了更好的加深對(duì)龍芯的認(rèn)識(shí)，下面我們就來(lái)對(duì)CPU的發(fā)展做一個(gè)簡(jiǎn)單的歷程回顧。 在這個(gè)回顧當(dāng)中，不能不提到一個(gè)對(duì)CPU發(fā)展起著重 要指導(dǎo)作用的定律——摩爾定律。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，摩爾定律就是：芯片容 量每18-24個(gè)月增加一倍。而事實(shí)也證明，CPU正是沿著這條路在不斷的發(fā)展，雖然現(xiàn)在因?yàn)榧夹g(shù)手段等原因，摩爾定律有放慢腳步的跡象，但我們相信，隨 著技術(shù)的發(fā)展，摩爾定律對(duì)于CPU的發(fā)展仍然是具有指導(dǎo)作用的。 CPU的發(fā)展歷程 CPU是Central Processing Unit（中央微處理器）的縮寫(xiě)，由運(yùn)算器和控制器兩部分組成，按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及正在走紅的64位微處理器。 一、CPU發(fā)展的孕育期（1971~1978） 代表CPU：intel 4004、8008  （4004） 世界上第一款可用于微型計(jì)算機(jī)的4位處理器，是英特 爾公司于1971年推出的包含了2300個(gè)晶體管的4004。由 于性能很差，市場(chǎng)反應(yīng)十分冷淡。于是Intel公司隨后又研制出了8080處理器、8085處理器，加上當(dāng)時(shí)Motorola公司的MC6800微處理器 和Zilog公司的Z80微處理器，一起組成了8位微處理器的家族。 二、CPU發(fā)展的搖籃期（1978~1979） 代表CPU：intel 8086、8088  （8086） 這期間的代表是英特爾公司1978年推出的這款 8086處理器，它是第一塊16位微處理器，最高主頻為8MHz，內(nèi) 存尋址能力為1MB。同時(shí)英特爾還生產(chǎn)出與之相配合的數(shù)學(xué)協(xié)處理器8087,這兩種芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些專門(mén)用于對(duì) 數(shù)、指數(shù)和三角函數(shù)等數(shù)學(xué)計(jì)算的指令，人們將這些指令集統(tǒng)一稱之為 x86指令集。雖然以后英特爾又陸續(xù)生產(chǎn)出第二代、第三代等更先進(jìn)和更快的新型CPU，但都仍然兼容原來(lái)的x86指令。從這點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，雖然用今天的眼光看 來(lái)，8086的性能是那么的不堪，但是它的誕生卻奠定了以后CPU發(fā)展的基礎(chǔ)。  （8088） 1979年，英特爾公司再接再厲，又開(kāi)發(fā)出了 8088。8088集成了約29000個(gè)晶體管，采用40針的DIP封 裝，最高頻率為8MHz。也正是從8088開(kāi)始，PC（個(gè)人電腦）的概念開(kāi)始在全世界范圍內(nèi)發(fā)展起來(lái)，因?yàn)?981年IBM公司將8088芯片首先用于其 研制的PC機(jī)中，標(biāo)志著PC真正走進(jìn)了人們的工作生活之中。 三、CPU發(fā)展的嬰幼期（1979~1985） 代表CPU：Intel 80286  （286） 1982年，英特爾公司在8086的基礎(chǔ)上，研制出 了80286微處理器，它 是一顆真正為PC而存在的CPU，IBM公司將80286微處理器首先用在AT機(jī)中，引起了業(yè)界了極大的轟動(dòng)。80286 采用PGA封裝，集成了大約130000個(gè)晶體管，最大主頻為20MHz，內(nèi)、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位，使用24位內(nèi)存儲(chǔ)器的尋址，內(nèi)存尋址能力為 16MB，可使用的工作方式包括實(shí)模式和保護(hù)模式兩種。在這之前， INTEL也發(fā)布過(guò)80186 CPU，這是一顆性能介于8088，80286之間的的CPU，但因?yàn)槟撤N原因，80186從來(lái)都沒(méi)有在PC中應(yīng)用過(guò)。 四、CPU發(fā)展的幼兒期（1985~1993） 代表CPU：intel 80386、80486 ?。?86） 1985年10月，intel推出了386DX，其 內(nèi)部包含27.5萬(wàn)個(gè)晶體管，最高頻率為40MHz，內(nèi)部和外部 數(shù)據(jù)總線是32位，地址總線為32位，可以尋址4GB內(nèi)存，管理64TB的虛擬存儲(chǔ)空間，并且有比80286更多的指令。而且在386時(shí)代，英特爾為了解 決內(nèi)存的速度瓶頸，采取了用預(yù)讀內(nèi)存的方法來(lái)緩解，并為386設(shè)計(jì)了高速緩存（Cache）這一方案。intel的這一設(shè)想無(wú)疑是偉大的，不僅一直沿用至 今，而且還發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 在intel發(fā)布386的時(shí)候，同時(shí)也有其他的幾家CPU制造商也推出了類似的產(chǎn)品，性能也不錯(cuò)，比如Motorola 68000、AMD Am386SX/DX和IBM 386SLC。 （486） 1989年，英特爾乘勝追擊推出486芯片，該芯片 集成了120萬(wàn)個(gè)晶體管，使用1微米的制造工藝，頻率從 25MHz逐步提高到50MHz。在當(dāng)時(shí)，486所采用的技術(shù)是最先進(jìn)的，采用了突發(fā)總線方式，大大提高了與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。性能比80386 DX提高了近4倍。 在intel推出486的同時(shí)，其他幾家CPU制造商也不甘寂寞，也都發(fā)布了自己的同性能CPU，其中以TI 486 DX、Cyrix 486DLC和AMD 5x86為代表。 五、CPU發(fā)展的兒童期（1993~1999） 代表CPU：Intel Pentium/Pentium2/Celeron、AMD K5/K6 （Pentium） (Pentium MMX) （Pentium 2） （Celeron） （K5） （K6） 1993年，intel的Pentium(奔 騰)CPU面世，這一全面超越486的性能優(yōu)良的產(chǎn)品為intel贏得 了巨大的聲譽(yù)， Intel?inside 深入人心，同時(shí)也把其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手甩在了后面，一舉奠定了市場(chǎng)的霸主的地位。早期奔騰75MHz～120MHz使用0.5微米制造工藝，后期120MHz以 上的奔騰則改用0.35微米工藝。 97年~98年，這兩年對(duì)于CPU業(yè)界來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是一個(gè)不平凡的一年，也是一個(gè)極其混亂的兩年，這不僅是因?yàn)樵谶@兩年里，各大CPU廠商都拿出了自己的看家法寶，也是因?yàn)樵谶@兩年里，不少CPU制造商因產(chǎn)品性能問(wèn)題被兼并或倒閉。 97年初intel為了提高電腦在多媒體、3D圖形 方面的應(yīng)用能力，發(fā)布了Pentium MMX（多能奔騰），同時(shí)許多新指令集也應(yīng)運(yùn)而生，其中最著名的就是intel的MMX（MultiMedia Extensions，多媒體擴(kuò)展指令集）、SSE和AMD的3D NOW!。這些指令可以一次處理多個(gè)數(shù)據(jù)，在軟件的配合下，可以得到最佳的性能。 97年中Pentium II和AMD K6上市，年末Cyrix 6x86MX面市。AMD是一個(gè)生命力異常頑強(qiáng)的公司，在與intel的競(jìng)爭(zhēng)中，一直是屢敗屢戰(zhàn)，精神可嘉。在Pentium呼風(fēng)喚雨的年代，AMD在 1996年發(fā)布了自己第一塊獨(dú)立生產(chǎn)的x86級(jí)CPU——K5，但性能一般。永不服輸?shù)腁MD在1997年又卷土重來(lái)，推出了擁有全新的MMX指令，整體 性能要優(yōu)于奔騰MMX，接近同主頻PⅡ的水平K6。 到了98年，經(jīng)過(guò)一年混戰(zhàn)，CPU市場(chǎng)正式開(kāi)始洗 牌。Intel的Pentium 2發(fā)布，它采用0.25微米工藝制造，最高頻率為400MHZ。但是因?yàn)檗D(zhuǎn)用了Slot 1架構(gòu)，所以很多消費(fèi)者并買(mǎi)帳。AMD的K6-2乘機(jī)而入，憑借低廉的價(jià)格一度占得近30％的市場(chǎng)份額，這也給AMD一個(gè)喘息的機(jī)會(huì)。所以到了99年，面 對(duì)Intel的猛烈反撲，AMD沒(méi)有步Cyrix的后塵，落得被收購(gòu)的下場(chǎng)。 而在低端市場(chǎng)，英特爾為進(jìn)一步搶占市場(chǎng)份額，于98 年4月推出了最高頻率為300MHz的Celeron（賽揚(yáng)）， 但因?yàn)闆](méi)有二級(jí)緩存，該微處理器性能甚為低下，于是intel緊接著又發(fā)布了內(nèi)建32KB L1 Cache、128KB L2 Cache的Celeron300A、333、366，在市場(chǎng)中挽回了一點(diǎn)顏面。 六、CPU發(fā)展的少年期(1999~2001) 代表CPU：Intel Pentium3、AMD Athlon （Pentium 3） （Athlon） 99年伊始，intel就忙不迭的發(fā)布了采用 Katmai核心的Pentium3 CPU，該CPU的系統(tǒng)總線頻率為100MHz，起始主頻為450MHz，一級(jí)緩存為32KB(16KB指令緩存加16KB數(shù)據(jù)緩存)，二級(jí)緩存大小為 512KB，0.25微米工藝制造，內(nèi)部集成950萬(wàn)個(gè)晶體管，采用Slot 1架構(gòu)。 反觀AMD方面，為了抵抗來(lái)勢(shì)洶洶的P3，AMD于 99年6月推出了具有重大意義的K7微處理器，并將其正式命名為 Athlon。K7也不負(fù)眾望，在時(shí)鐘頻率上率先進(jìn)入到了G時(shí)代，并給intel的處理器在市場(chǎng)上帶來(lái)了很大的壓力，自此，CPU市場(chǎng)真正步入 intel、AMD兩強(qiáng)爭(zhēng)霸的時(shí)代。 七、CPU發(fā)展的青年期（2000~2003） 代表CPU：intel Pentium4/Celeron4、AMD Athlon xp/Duron (Pentium4) (Celeron4) (Athlon xp) (Duron) 面對(duì)市場(chǎng)的壓力，intel于2000年發(fā)布了 Pentium4處理器。但接下來(lái)的一切都不是很順利，光是接口就改 了2次。第一次是因?yàn)閯傞_(kāi)始的423接口的Willamette 核心 P4 所搭配的 RDRAM(i850芯片組) 價(jià)格太高，市場(chǎng)反應(yīng)冷淡，于是又改成NORTHWOOD核心的478接口P4。再后來(lái)為了提升頻率，intel又將核心改換為 Prescott 核心 ，接口也換為L(zhǎng)GA775，雖然經(jīng)過(guò)這么一折騰，頻率是上去了，最高的達(dá)到了4G，但是發(fā)熱量也高的驚人，而且如此頻繁的改換接口，也令消費(fèi)者不厭其煩。 在低端市場(chǎng)，intel則一律把CPU的二級(jí)緩存消減3/4，從512K到128K（后期的 Prescott 核心賽揚(yáng)為256K），使性能大大削弱了。 而AMD公司則在2000年6月份推出了 Athlon xp處理器，再次向英特爾發(fā)出了挑戰(zhàn)，并在DIY市場(chǎng)取得重大成功，可以這么說(shuō)，在進(jìn)入到Pentium4時(shí)代以來(lái)，在AMD的緊逼下，intel感到了 前所未有的危機(jī)，這也為AMD后來(lái)的K8處理器打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 早期的Palomino核心Athlon XP為0.18微米制造工藝，發(fā)熱量較大。但在AMD采用了新的Thoroughbred核心后，發(fā)熱量問(wèn)題得到了很好的控制。而兩者除了在發(fā)熱量及 DIE尺寸上有所不同外，外形幾乎一樣，都是462針的接口、128K的一級(jí)緩存和256K的二級(jí)緩存和3750萬(wàn)的晶體管數(shù)。 八、CPU發(fā)展的壯年期（2003~至今） 代表CPU：AMD Athlon 64 (Athlon 64) 2003年，AMD公司推出了他們寄予厚望的K8處 理器，并且繼Athlon率先進(jìn)入G時(shí)代以來(lái)，又一次走在了 intel的前面，引領(lǐng)了CPU的發(fā)展方向，現(xiàn)在，Athlon 64仍處在一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，而intel也適時(shí)地推出了自己的64位處理器以抗衡意氣風(fēng)發(fā)的Athlon 64。 回首CPU發(fā)展的20年，從第一顆CPU4004到 現(xiàn)在的Athlon 64。從中我們可以發(fā)現(xiàn)，在CPU研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的這條崎嶇不平的道路上，是充滿了艱辛的。通篇看來(lái)，龍芯的起點(diǎn)不算低，才到第二代就已經(jīng)達(dá)到了 500MHZ的頻率，而且還是64位的，但是我們也必須清醒地認(rèn)識(shí)到，雖然龍芯完全是我們自主的產(chǎn)品，但是卻是建筑在前人的基礎(chǔ)之上的，想要成為真正的 CPU巨頭，龍芯依然是任重而道遠(yuǎn)。 |
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