40年历史！125张大图诠释CPU发展简史
CPU（Central processing unit）是现代计算机的核心部件，又称为“微处理器(Microprocessor)”。对于PC而言，CPU的规格与频率常常被用来作为衡量一台电脑性能强弱重要指标。intel x86架构已经经历了28个年头，而x86架构的CPU对我们大多数人的工作、生活影响颇为深远。
在开始intel x86神奇时光之旅前面，我们需要弄清楚历史上几件很重要的事件，计算机的始祖到底是谁？是ENIAC吗？
这张图相信很多人都看过。
在开始intel x86神奇时光之旅前面，我们需要弄清楚历史上几件很重要的事件，计算机的始祖到底是谁？是ENIAC吗？
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世界上第一台电子计算机ENIAC
教科书里面的答案是ENIAC。这个答案不算正确，但也没完全错。ENIACbasic语言是谁发明的是美国宾州大学研制的第一台电子计算机，也是世界上第一台电子计算机。准确一点说：ENIAC是世界上第一台通用型计算机。ENIAC是Electronic Numerical Integrator And Computer的缩写，它于1946年2月15日诞生；当时的资助者是美国军方，目的是计算弹道的各种非常复杂的非线性方程组。众所周知，这些方程组是没有办法求出准确解的，因此只能用数值方法近似地进行计算，因此研究一种快捷准确计算的办法很有必要。
那个时候的“程序设计”，需要插拔N多的插头
美国军方花费了48万美元经费在ENIAC项目上，这在当时可是一笔巨款，要不是为了二次世界大战，谁能舍得出这么大的钱？事实上ENIAC也是美国陆军军械部和宾州大学莫尔学院联合发布的，而非书本上所提的只有宾州大学。
从技术上而言，ENIAC是没有太明晰的CPU概念的。因为它采用电子管作为基本电子元件。用了足足18800个电子管，而每个电子管大约有一个普通家用25瓦灯泡那么大。这样整部电
美国军方花费了48万美元经费在ENIAC项目上，这在当时可是一笔巨款，要不是为了二次世界大战，谁能舍得出这么大的钱？事实上ENIAC也是美国陆军军械部和宾州大学莫尔学院联合发布的，而非书本上所提的只有宾州大学。
从技术上而言，ENIAC是没有太明晰的CPU概念的。因为它采用电子管作为基本电子元件。用了足足18800个电子管，而每个电子管大约有一个普通家用25瓦灯泡那么大。这样整部电
脑就有了8英尺高、3英尺宽、100英尺长的身躯，体积有研立方米，重达30吨，耗电高达140千瓦。每秒能进行5000次加法运算(而人最快的运算速度每秒仅5次加法运算)，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。这样的速度在当时已经是人类智慧的最高水平。
但是，其实ENIAC还不是计算机的最早始祖。现代计算机的思想由来已久，到了19世纪已经才日渐成熟，但是当时的技术水平很低弱，所以根本无法制造出可以运行的系统来，其中最据代表性的就是巴贝奇的分析机。
但是，其实ENIAC还不是计算机的最早始祖。现代计算机的思想由来已久，到了19世纪已经才日渐成熟，但是当时的技术水平很低弱，所以根本无法制造出可以运行的系统来，其中最据代表性的就是巴贝奇的分析机。
巴贝奇分析机部件
英国皇家学会会员、剑桥大学数学教授巴贝奇(Charles Babbage, 1792-1871.)，是一位富有的银行家的儿子。他于1792年出生于英格兰西南部的托格茅斯，后来继承了相当丰厚的遗产。巴贝奇把继承的财富都用于科学研究，并显示出极高的数学天赋，考入剑桥大学后，他发现自己掌握的代数知识甚至超过了教师。1817年获硕士学位，1928年受聘担任剑桥大学“卢卡辛讲座”的数学教授，这是只有牛顿等科学大师才能获得的殊荣。
英国皇家学会会员、剑桥大学数学教授巴贝奇(Charles Babbage, 1792-1871.)，是一位富有的银行家的儿子。他于1792年出生于英格兰西南部的托格茅斯，后来继承了相当丰厚的遗产。巴贝奇把继承的财富都用于科学研究，并显示出极高的数学天赋，考入剑桥大学后，他发现自己掌握的代数知识甚至超过了教师。1817年获硕士学位，1928年受聘担任剑桥大学“卢卡辛讲座”的数学教授，这是只有牛顿等科学大师才能获得的殊荣。
巴贝奇教授，Charles Babbage
巴贝奇不但精于科学理论，更喜欢将科学应用在各种发明创造上。他最早提出，人类可以制造出通用的计算机，来代替大脑计算复杂的数学问题。当时并没有电子技术的应用，于是巴贝奇的设想就架构在当时日趋成熟的机械技术上。巴贝奇将他设想的通用计算机命名为“分析机”，并希望它能自动解算有100个变量的复杂算题，每个数达25位，速度达到每秒钟运算一次。分析机包括齿轮式“存贮仓库”(Store)和“运算室”即“作坊”(Mill)，而且还有他未给出名称的“控制器”装置，以及在“存贮仓库”和“作坊”之间运输数据的输入输出部件。这种天才的思想，划时代地提出了类似于现代电脑五大部件的逻辑结构，也为后世的通用处理器诞生奠定了坚实的基矗。
最初，巴贝奇还有政府的资助来研究设计“分析机”，但是短视的英国政府于1842年，断然宣布停止对巴贝奇的一切资助，而当时的科学界也讥笑他是“愚笨的傻瓜”，公然称差分机“毫无任何价值”。不过英雄的故事里面总是有美人垂青，英国著名诗人拜伦的女儿爱达·拉夫拉斯伯爵夫人(注解1)，是唯一能理解巴贝奇的人，也是世界计算机先驱中的第一位女性。她帮助
巴贝奇不但精于科学理论，更喜欢将科学应用在各种发明创造上。他最早提出，人类可以制造出通用的计算机，来代替大脑计算复杂的数学问题。当时并没有电子技术的应用，于是巴贝奇的设想就架构在当时日趋成熟的机械技术上。巴贝奇将他设想的通用计算机命名为“分析机”，并希望它能自动解算有100个变量的复杂算题，每个数达25位，速度达到每秒钟运算一次。分析机包括齿轮式“存贮仓库”(Store)和“运算室”即“作坊”(Mill)，而且还有他未给出名称的“控制器”装置，以及在“存贮仓库”和“作坊”之间运输数据的输入输出部件。这种天才的思想，划时代地提出了类似于现代电脑五大部件的逻辑结构，也为后世的通用处理器诞生奠定了坚实的基矗。
最初，巴贝奇还有政府的资助来研究设计“分析机”，但是短视的英国政府于1842年，断然宣布停止对巴贝奇的一切资助，而当时的科学界也讥笑他是“愚笨的傻瓜”，公然称差分机“毫无任何价值”。不过英雄的故事里面总是有美人垂青，英国著名诗人拜伦的女儿爱达·拉夫拉斯伯爵夫人(注解1)，是唯一能理解巴贝奇的人，也是世界计算机先驱中的第一位女性。她帮助
巴贝奇研究分析机，建议用二进制数代替原来的十进制数。她还指出分析机可能像雅各织布机一样编程，并发现了编程的要素。她还为某些计算开发了一些指令，并预言计算机总有一天会演奏音乐。第二年，她帮助巴贝奇处理论文的译稿时，加入了许多独特的见解，深得巴贝奇教授的赞许。
在爱达夫人短暂生命的最后十年里，全力协助巴贝奇工作，甚至把自己的珠宝手饰都拿出来变卖，以帮助巴贝奇度过经济难关。之后，巴贝奇又独自坚持了近20年，直至1871年，这位先驱者孤独地离开了人世时，分析机终于没能制造出来，未完成的一部分也被保留在英国皇家博物馆里。巴贝奇逝世后，他的儿子亨利·巴贝奇少将制造了若干个复制品，送往世界各地保存。亨利坚定地相信，总有一天，他父亲的这种机器一定会被后人制造出来。
近年来，科学界已经普遍确认巴贝奇在信息科学的鼻祖地位。1991年，为了纪念巴贝奇200周年诞辰，英国肯圣顿(Kensington)科学博物馆根据这些图纸重新建造了一台差分机。复制过程中，只发现图纸存在着几处小的错误。复制者特地采用18世纪中期的技术设备来制作，不仅成功地造出了机器，而且可以正常运转。
在爱达夫人短暂生命的最后十年里，全力协助巴贝奇工作，甚至把自己的珠宝手饰都拿出来变卖，以帮助巴贝奇度过经济难关。之后，巴贝奇又独自坚持了近20年，直至1871年，这位先驱者孤独地离开了人世时，分析机终于没能制造出来，未完成的一部分也被保留在英国皇家博物馆里。巴贝奇逝世后，他的儿子亨利·巴贝奇少将制造了若干个复制品，送往世界各地保存。亨利坚定地相信，总有一天，他父亲的这种机器一定会被后人制造出来。
近年来，科学界已经普遍确认巴贝奇在信息科学的鼻祖地位。1991年，为了纪念巴贝奇200周年诞辰，英国肯圣顿(Kensington)科学博物馆根据这些图纸重新建造了一台差分机。复制过程中，只发现图纸存在着几处小的错误。复制者特地采用18世纪中期的技术设备来制作，不仅成功地造出了机器，而且可以正常运转。
后人完成的巴贝奇分析机
[注解1：1981年，美国国防部花了10年的时间，研制了一种计算机全功能混合语言，并成为军方数千种电脑的标准。为了纪念爱达夫人，这种语言被正式命名为ADA语言，并赞誉她是“
[注解1：1981年，美国国防部花了10年的时间，研制了一种计算机全功能混合语言，并成为军方数千种电脑的标准。为了纪念爱达夫人，这种语言被正式命名为ADA语言，并赞誉她是“
世界上第一位软件工程师”。]
在以下部分的介绍里，我们将看到集成电路的通用型CPU诞生。
其实早在英特尔公司诞生前，集成电路技术就已经被发明。1947年，AT&T贝尔实验室的三位科学家发明了晶体管，晶体管的出现，迅速替代电子管占领了世界电子领域。随后，晶体管电路不断向微型化方向发展。1957年，美国科学家达默提出“将电子设备制作在一个没有引线的固体半导体板块中”的大胆技术设想，这就是半导体集成电路的核心思想。
1958年，美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(Jack Kilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成电路。也正因为这件事，2000年的诺贝尔物理奖颁发给了已退休的基尔比。1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种平面工艺制成半导体集成电路，从此开启了集成电路比黄金还诱人的时代。其后，摩尔、诺宜斯、葛洛夫这三个“伙伴”离开原来的仙童公司，一起开创事业——筹建一家他们自已的公司。三人一致认为，最有发展潜力的半导体市场是计算机存储器芯片市常
在以下部分的介绍里，我们将看到集成电路的通用型CPU诞生。
其实早在英特尔公司诞生前，集成电路技术就已经被发明。1947年，AT&T贝尔实验室的三位科学家发明了晶体管，晶体管的出现，迅速替代电子管占领了世界电子领域。随后，晶体管电路不断向微型化方向发展。1957年，美国科学家达默提出“将电子设备制作在一个没有引线的固体半导体板块中”的大胆技术设想，这就是半导体集成电路的核心思想。
1958年，美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(Jack Kilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成电路。也正因为这件事，2000年的诺贝尔物理奖颁发给了已退休的基尔比。1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种平面工艺制成半导体集成电路，从此开启了集成电路比黄金还诱人的时代。其后，摩尔、诺宜斯、葛洛夫这三个“伙伴”离开原来的仙童公司，一起开创事业——筹建一家他们自已的公司。三人一致认为，最有发展潜力的半导体市场是计算机存储器芯片市常
Intel的元老们，摩尔、诺宜斯、葛洛夫（从左至右）
吸引他们成立新公司的另一个重要原因是：这一市场几乎完全依赖于高新技术，你可以尽可能地在一个芯片上放最多的电路，谁的集成度高，谁就能成为这一行业的领袖。
吸引他们成立新公司的另一个重要原因是：这一市场几乎完全依赖于高新技术，你可以尽可能地在一个芯片上放最多的电路，谁的集成度高，谁就能成为这一行业的领袖。
Intel这个名字有着深远涵义
基于以上考虑，摩尔为新公司命名为：Intel，这个字是由“集成/电子(Integrated Electronics)"两个英文单词组合成的，象征新公司将在集成电路市场上飞黄腾达，结果就真的如此。
当时，这三位创业者说服风险资本家阿瑟.罗克给他们投资了200万美元；还到了他们创业的最佳地点，就是原联合碳化物电子公司的大楼，这可比惠普的车库要强多了。公司创建不久，三位创建人就与公司职员，这时是1968年底，英特尔公司已约定，他们将不拘泥于任何特定的技术或产品生产线，用诺宜斯的话来说就是“对当今所有技术进行快镜拍摄，从中发现哪种技术行得通，哪种技术最卓有成效，就开发哪种技术”，公司有的是时间、才能和资金，所以他们不能草率行事。诺宜斯说：“没能任何合同规定我们必须保证某一生产线的生产。我们也不受任何旧技术的约束。”
英特尔公司发现：当电子在集成电路块的细微部位上出现或消失时，可以将若干比特(bites,
基于以上考虑，摩尔为新公司命名为：Intel，这个字是由“集成/电子(Integrated Electronics)"两个英文单词组合成的，象征新公司将在集成电路市场上飞黄腾达，结果就真的如此。
当时，这三位创业者说服风险资本家阿瑟.罗克给他们投资了200万美元；还到了他们创业的最佳地点，就是原联合碳化物电子公司的大楼，这可比惠普的车库要强多了。公司创建不久，三位创建人就与公司职员，这时是1968年底，英特尔公司已约定，他们将不拘泥于任何特定的技术或产品生产线，用诺宜斯的话来说就是“对当今所有技术进行快镜拍摄，从中发现哪种技术行得通，哪种技术最卓有成效，就开发哪种技术”，公司有的是时间、才能和资金，所以他们不能草率行事。诺宜斯说：“没能任何合同规定我们必须保证某一生产线的生产。我们也不受任何旧技术的约束。”
英特尔公司发现：当电子在集成电路块的细微部位上出现或消失时，可以将若干比特(bites,
资料的最小计量单位)信息非常廉价地储存在微型集成电路硅片上，他们首先将这种发现应用在商业上。1969年的春天，在公司成立一周年以后，英特尔公司生产了第一批产品，即双极处理64比特存储芯片。不久，公司又推出256比特的MOS存储器芯片。一个小小的Intel公司，以它的两种新产品的问世而打入了整个计算机存储器市场——这是一个辉煌的开端，而其他的一些公司直到1980年才能生产MOS芯片和双极芯片。
随着日本公司加入竞争，内存的生意越来越艰难。尽管当时有很多美国人抱怨日本人公司以低于成本的价格向美国倾销产品，但一个不可否认的事实是，日本在芯片制造上的速度和质量是无与伦比的。这时候，英特尔公司面对有史以来最大的生存危机。不过最终他们作出一个令人钦佩的决断：放弃内存，全力投入微处理器业务。
说到微处理器业务，其实最初是件很偶然的事情：英特尔的一家客户(Busicom，一家现已不存在的日本厂商)要求英特尔为其专门设计一些处理芯片。在研究过程中，英特尔的研究员霍夫(Hoff)问自已：对于集成电路，能否在外部软件的操纵下以简单的指令进行复杂的工作呢？为什么不可将这个计算机上的所有逻辑集成到一个芯片上并在上面编制简单通用的程序
随着日本公司加入竞争，内存的生意越来越艰难。尽管当时有很多美国人抱怨日本人公司以低于成本的价格向美国倾销产品，但一个不可否认的事实是，日本在芯片制造上的速度和质量是无与伦比的。这时候，英特尔公司面对有史以来最大的生存危机。不过最终他们作出一个令人钦佩的决断：放弃内存，全力投入微处理器业务。
说到微处理器业务，其实最初是件很偶然的事情：英特尔的一家客户(Busicom，一家现已不存在的日本厂商)要求英特尔为其专门设计一些处理芯片。在研究过程中，英特尔的研究员霍夫(Hoff)问自已：对于集成电路，能否在外部软件的操纵下以简单的指令进行复杂的工作呢？为什么不可将这个计算机上的所有逻辑集成到一个芯片上并在上面编制简单通用的程序
呢？这其实就是今天所有微处理器的原理。但日本公司对此毫无兴趣。在同事的帮助及公司支持下，霍夫把中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，再加上存储器；完善了这种后来被称为4004的芯片，也就是世界上第一片微处理器。
●Intel历史上的首款微处理器 4004
●Intel历史上的首款微处理器 4004
4004CPU
1971年英特尔诞生了第一个微处理器——4004。该芯片其实是为Busicom calculator专门设计制造的，但已经可以看到个人电脑的影子在里面了。
1971年英特尔诞生了第一个微处理器——4004。该芯片其实是为Busicom calculator专门设计制造的，但已经可以看到个人电脑的影子在里面了。
4004的核心电路照片
另外一些4004
4004的全家福
据说当时有一位留着长发的美国人在无线电杂志上读到I4004的消息，立即就想能用这个CPU来开发个人使用的操作系统。结果经过一番仔细折腾之后，发现I4004的功能实在是太
据说当时有一位留着长发的美国人在无线电杂志上读到I4004的消息，立即就想能用这个CPU来开发个人使用的操作系统。结果经过一番仔细折腾之后，发现I4004的功能实在是太
弱，而他想实现的系统功能与Basic语言并不能在上面实现只好作罢，这个人就是比尔.盖茨——微软公司的老板。不过从此之后，他对英特尔的动向非常关注，终于在1975年成就了微软公司(Microsoft Corporation)。
● 接下来到了8008出场的时候了。
8008的运算能力比4004强劲2倍。1974年，一本无线电杂志刊登了一种使用8008作处理器的机器，叫做“Mark-8(马克八号)”，这也是目前已知的最早的家用电脑了。虽然从今天的角度看来，“Mark-8”非常难以使用、控制、编程及维护，但是这在当时却是一种伟大的发明。
● 接下来到了8008出场的时候了。
8008的运算能力比4004强劲2倍。1974年，一本无线电杂志刊登了一种使用8008作处理器的机器，叫做“Mark-8(马克八号)”，这也是目前已知的最早的家用电脑了。虽然从今天的角度看来，“Mark-8”非常难以使用、控制、编程及维护，但是这在当时却是一种伟大的发明。
这颗比较清楚一点
8008的核心照片
事实上，8008共有四种型号，分别为C8008、C8008-1、D8008、D8008-1，C8008就是刚才发的第二张8008图片,C8008-1刚才发的第一张8008图片。以下为 D8008、D8008-1
事实上，8008共有四种型号，分别为C8008、C8008-1、D8008、D8008-1，C8008就是刚才发的第二张8008图片,C8008-1刚才发的第一张8008图片。以下为 D8008、D8008-1
D8008
D8008-1
在8008之后，Intel又开发了下一代产品叫做8080，8080被用于当时一种品牌为Altair(牵牛星，这个名字来源于当时电视节目里一个流行的科幻剧)的电脑上。这也是有史以来第一个知名的个人电脑。当时这种电脑的套件售价是395美金，短短数月的时间里面，销售业绩达到了数万部，创造了个人电脑销售历史的一个里程碑。
在8008之后，Intel又开发了下一代产品叫做8080，8080被用于当时一种品牌为Altair(牵牛星，这个名字来源于当时电视节目里一个流行的科幻剧)的电脑上。这也是有史以来第一个知名的个人电脑。当时这种电脑的套件售价是395美金，短短数月的时间里面，销售业绩达到了数万部，创造了个人电脑销售历史的一个里程碑。
8080A
8080的核心照片
这是基于8080芯片的计算机Processor Technology Sol-20
内部结构
[小结]：4004的集成度只有2300个晶体管，功能其实比较弱，且计算速度较慢，以致只能用在Busicom计算器上，更不用说进行复杂的数学计算了。不过比起第一台电子计算机ENIAC来说，它已经轻巧太多太多了。而且最大的历史意义是，它是第一个通用型处理器，这在当时专用集成电路设计横行的时代是难得的突破。所谓专用集成电路设，就是为不同的应用设计独特的产品，一旦应用条件变化，就需要重新设计；当然在商业盈利上，对设计公司是很有好处的。但是英特尔公司的目光并没有这么短浅，霍夫做出大胆的设想：使用通用的硬件设计加上外部软件支持来完成不同的应用，这就是最初的通用微处理器的设想。
英特尔公司很快对这个设想进行了论证，发现确实可行，而且这种产品的好处就在于采用不同的软件支持就能完成不同的工作，这比重新设计专用的集成电路要简单得多。看到这种产品将来的广阔前景，英特尔公司马上投入了设计工作并很快推出了产品——世界上第一块微处理器Intel 4004。
[小结]：4004的集成度只有2300个晶体管，功能其实比较弱，且计算速度较慢，以致只能用在Busicom计算器上，更不用说进行复杂的数学计算了。不过比起第一台电子计算机ENIAC来说，它已经轻巧太多太多了。而且最大的历史意义是，它是第一个通用型处理器，这在当时专用集成电路设计横行的时代是难得的突破。所谓专用集成电路设，就是为不同的应用设计独特的产品，一旦应用条件变化，就需要重新设计；当然在商业盈利上，对设计公司是很有好处的。但是英特尔公司的目光并没有这么短浅，霍夫做出大胆的设想：使用通用的硬件设计加上外部软件支持来完成不同的应用，这就是最初的通用微处理器的设想。
英特尔公司很快对这个设想进行了论证，发现确实可行，而且这种产品的好处就在于采用不同的软件支持就能完成不同的工作，这比重新设计专用的集成电路要简单得多。看到这种产品将来的广阔前景，英特尔公司马上投入了设计工作并很快推出了产品——世界上第一块微处理器Intel 4004。
其实4004处理只能处理4位数据，但内部指令是8位的。4004拥有46条指令，采用16针直插式封装。数据内存和程序内存分开，1K数据内存，4K程序内存。运行时钟频率预计为1M，最终实现达到了740kHz，能进行二进制编码的十进制数学运算。这款处理器很快得到了整个业界的承认，蓝巨人IBM还将4004装备在IBM 1620机器上。
在4004发布后不久，英特尔连续的发布了几款CPU：4040、8008，但市场反响平平，不过却为开发8位微处理器打下了良好基矗1974年，英特尔公司又在8008的基础上研制出了8080处理器、拥有16位地址总线和8位数据总线，包含7个8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL组合可组成16位数据寄存器)，支持16位内存，同时它也包含一些输入输出端口，这是一个相当成功的设计，还有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。
大家一般都只知道8086，很少知道8085的存在，下面这个就是8085的真面目：
在4004发布后不久，英特尔连续的发布了几款CPU：4040、8008，但市场反响平平，不过却为开发8位微处理器打下了良好基矗1974年，英特尔公司又在8008的基础上研制出了8080处理器、拥有16位地址总线和8位数据总线，包含7个8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL组合可组成16位数据寄存器)，支持16位内存，同时它也包含一些输入输出端口，这是一个相当成功的设计，还有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。
大家一般都只知道8086，很少知道8085的存在，下面这个就是8085的真面目：
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