【考点十】 微处理器
1.微处理器芯片发展简史多年来，微处理器的主流芯片一直是Intel体系结构的80x86芯片以及奔腾芯片。下表，给出微处理器发展的时间表。
微处理器芯片发展年表年份 芯片名称 位 说明
1971 4004/4040 4 2 300个晶体管，45条指令，时钟频率低于1MHz
1972 8008 8 3 500个晶体管，能处理字符型数据
1974 8080 8 6 000个晶体管，时钟频率2 MHz
1974 Motorola6800 8 4 000个晶体管，用于小型商业机器与汽车控制
1975 Zilog Z80 8 8 500个晶体管，时钟频率2.5MHz,配备CP/M操作系统
1976 MOS 6502 8 9 000个晶体管，组成Apple II,创立了个人计算概念
1978 8086 16 2.9万个晶体管，采用80x86指令集
1979 8088 8/16 2.9万个晶体管，组成IBM-PC/DOS个人电脑
1979 MC 68000 32 6.8万个晶体管，组成Macintosh,成为GUI象征
1982 80286 16 13.4万个晶体管，时钟频率8-12MHz，有保护模式、虚存管理
1985 80386 32 27.5万个晶体管，时钟频率20MHz，4GB空间，Windows出现
1986 MIPS R2000 32 18.5万个晶体管，第一个商用RISC芯片
1987 Sun SPARC 32 5万个晶体管，定义了RISC工作站
1989 80486 32 120万个晶体管，内置浮点处理与高速缓存
1993 经典奔腾 32 310万个晶体管，双整数单浮点，同时执行两条指令
1993 PowerPC 601 32 280万个晶体管，首批可乱序执行，组成高档Mac
1995 高能奔腾 32 550万个晶体管，同时执行3条指令
1997 多能奔腾 32 450万个晶体管，增加了57条多媒体指令集
1997 奔腾2 32 750万个晶体管，时钟频率233MHz～400MHz
1999 奔腾3 32 950万至2 900万个晶体管，450MHz～1GHz
1999 安腾 64 宣布为IA-64的品牌名称，用于服务器与工作站
2000 奔腾4 32 4 200万个晶体管，时钟频率突破2 GHz,采用NetBurst
2.奔腾芯片的技术特点
(1)超标量(superscalar)技术通过内置多条流水线来同时执行多个处理，其实质是以空间换取时间。
(2)超流水线(superpipeline)技术超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取空间。
(3)分支预测在流水线运行时，总是希望预取到的指令恰好是处理器将要执行的指令。
(4)双Cache的哈佛结构：指令与数据分开经典奔腾有两个8KB(可扩充为12KB)的超高速缓存，一个用于缓存指令，一个用于缓存数据，这就大大提高了访问Cache的命中率，从而不必去搜寻整个存储器，就能得到所需的指令与数据。这种把指令与数据分开存取的结构称为哈佛结构。
(5)固化常用指令奔腾把常用指令改用硬件实现，不再使用微代码操作，以使指令的运行速度能进一步加快。
(6)增强的64位数据总线奔腾的内部总线是32位的，但它与存储器之间的外部总线增为64位。如果采用突发模式，还可以在一个总线周期装入256位的数据，这就大大提高了指令与数据的供给能力。它还使用了总线周期通道技术，能在第一周期完成之前就开始第二周期，从而使内存子系统有更多的时间对地址进行译码。
(7)采用PCI标准的局部总线PCI标准有更多的优越性，它能容纳更先进的硬件设计，支持多处理、多媒体以及数据量很大的应用。
(8)错误检测及功能冗余校验技术奔腾具有内部错误检测功能和功能冗余校验技术。前者可以在内部多处设置偶校验，以保证数据传送的正确;后者能通过比较双工系统的运算结果，判断系统是否出现异常操作，并提出报告。
(9)内建能源效率技术当系统不进行工作时，自动进入低耗电的睡眠模式，而只需毫秒级的时间，系统就能恢复到全速状态
(10)支持多重处理多重处理是指多CPU系统，它是高速并行处理技术中最常用的体系结构之一。
3.安腾芯片的技术特点从奔腾到安腾(Itanium),标志着英特尔体系结构从IA-32向1A-64的推进。安腾是64位芯片，主要用于服务器和工作站。安腾采用了超越CISC与RISC的最新设计理念EPIC，即简明并行指令计算(Explicitly Parallel Instruction Computing)技术。它基于推理、预测、简明并行性等创新特性，实现了更高的指令级的并行性，使安腾能同时完成20个操作或交易，从而能够提供高端企业级用户所需服务器的一流性能。