一、微处理器

以半导体集成电路为中心的微电子技术的进步，使计算机向着微型、高性能、低成本的方向迅猛发展。近 15 年来，计算机得到广泛普及和应用，从而加快了信息技术革命，使人类进入信息时代。多媒体计算机技术的应用，实现了文字、数据、图形、图像、动画、音响的再现和传输；国际互联网

（Internet 网）把世界联成一体，形成信息高速公路。

至今，集成电路已发展到第四代，即超大规模集成电路（VLSI），最小线宽达到 0.35μm。据调查，线宽每缩小 1 倍，集成度提高 4 倍。Pentium

微处理器集成度达 310 万管，计划本世纪末达到 2.5 亿管。今天的微处理器，不仅 CPU，而且连同存储器、输入/输出接口等电路也做在同一块硅片上。微处理器的飞速发展使微机高度微型化（掌上机重不到 1 千克）、快速化（运算速度达每秒 10 亿次）、大容量比（内存 32MB 以上、硬盘达 850MB）和低成本化（586 机每台售价低于 1500 美元），单台微机的性能已达到中型机以上水平。

1971 年，美国 Intel 公司 31 岁的工程师霍夫，研制成功世界上第一块

微处理器 4004，其字长只有 4 位；第二年制成 8008，字长 8 位。到 70 年代中期，集成电路厂家纷纷研制档次较高的微处理器，如 Intel 公司的 8088、Motorola 的 M6800、Rockwell 公司的 R6502、Zilog 公司的 Z80 等。这些微处理器均为 8 位，除 CPU 之外，还将存储器做在一起，集成度约 6 万管左右，硅片面积约 5mm 见方。

1977～1979 年，Intel 公司投入大量资金，先后研制成功 8085、8086、

8088 等 16 位微处理器。其中，8088 主频 4.77MHz，字长 16 位（外部 8 位），地址 20 位，集成度达到 3 万管，被 IBM 首台微机选中，成为 80 年代前期畅销芯片，其主要机型 IBM PC 和 IBM PC－XT 占据了世界微机市场。

80 年代初期，档次较高的 16 位微处理器问世，主要有 Intel 的 80286、Motorola 的 M68000、Zilog 的 Z8000。其中，1982 年 Intel 推出的 80286 集成度达 13.4 万管，主频 6MHz，内外字长均为 16 位，地址总线 24 位。这一代微处理器制成的微机（如 IBM PC－AT）性能达到小型机水平。

80 年代中后期，微处理器从两方面提高性能。一是硬件方面，采用激光、

电子束和离子束等高新技术缩小芯片线宽至 0.5～1.5μm，集成度提高到 100

万管以上，硅圆片尺寸达 8 英寸，提高了生产效率，降低了成本，增强了功能；二是软件方面，开发精简指令集、数字协处理技术、超标量结构、高总线界面、分支预测、超高速缓冲存储等技术，大幅度提高微处理器性能。利用上述先进技术，Intel 公司于 1985 年研制成功 32 位微处理器 80386，1989 年推出 80486。其中，80486 线宽 1μm，集成度 120 万管，主频 33MHz，执行指令比 80386 快 1 倍，综合性能比 80386 高 3～4 倍。80486 的研制成功使多媒体计算机得以实现，促进了高性能网络的发展。

进入 90 年代后，开发了超高性能微处理器。1993 年 3 月， Intel 公司采用超标量体系结构，推出集成度 310 万管、主频 66MHz 的 64 位微处理器Pentium。其性能比 80486 高 6～8 倍，比 8088 高 300 倍，成为 586 微机的首选芯片。DEC 于 1994 年 9 月推出性能更高的微处理器 Alpha Axp21164，其线宽 0.5μm，集成度 910 万管，芯片面积 314mm2，主频 266MHz，每个时钟周期可执行 4 条指令，运算速度达 10 亿次/秒，比 Pentium 快 3 倍，被列入吉尼斯记录。AMD 公司 100MHz 的 K5 微处理器比 Pentium 快 30％；Cyrix 公司研制成功的 M1 微处理器比 Pentium 快 50％；SGI 公司下属 MIPS 公司 1992 年推出 R4400 微处理器，1994 年上市的 64 位芯片性能接近 Pentium；MIPS 公司的合作伙伴日本 NEC 采用 0.35μm 技术研制的 R10000 微处理器主频达到 200MHz；NEC 公司 1995 年 10 月推出的 VR10000 微处理器，主频达 275MHz； MIPS 公司 1996 年下半年上市的 64 位 RISC 技术微处理器 R10000 主频也是275MHz，性能遥遥领先于 Pen-tium，亦超过 Pentium Pro。

IBM 于 1993 年 9 月与Apple 及Motorola 合作，投资 70 亿美元开发 Power PC 微处理器。从 32 位的 Power PC 601、602、603，到 64 位的 Power PC 604、620，性能都很高。其中，Power PC 620 采用 0.5μm 工艺，集成 700 万管，

层布线，625 条引脚封装，主频 133MHz，以超标量和精简指令集技术为核心，每个时钟周期可执行 6 条指令，性能远远超过 Pen－tium。

Intel 于 1995 年 2 月宣布开发出性能更高的 P6 微处理器（同年 11 月命名 P6 为 Pentium Pro）。它采用 0.6μm 工艺，字长 64 位，地址 36 位，主频 133MHz。在一个封装内包含两块硅片，一片为微处理器主体，含 550 万管，另一片为二级缓冲静态存储器 SRAM，含 1550 万管，两片共 2100 万管。P6 还采用最新的“动态执行”技术，包括乱序执行、推测执行、转移预测，CPU 可超前“看”到程序计数器 20～30 条指令，预测 10～15 个嵌套转移，使 CPU 没有“闲”的时候。据称，P6 微处理器是一次技术大飞跃，将成为本世纪末的主流微处理器产品。

DEC 规划：1996 年推出集成度 3000 万管、主频 500MHz 的微处理器 Alpha

EV6；1998 年推出 Alpha EV7，集成度 1 亿管，主频 700MHz；2000 年推出 Alpha EV8，集成度 2.5 亿管，主频 1000MHz。Intel 则称将采用“极长指令（VLIW）设计”技术和 PA－RISC 结构技术，与 HP 合作开发新一代微处理器 P7。它将给多媒体微机以更多的支持，有更多的执行单元和更高速的缓冲存储器。