cpu發(fā)展初始 微處理器發(fā)展的第一階段
CPU是怎樣從無(wú)到有，并且一步步發(fā)展起來(lái)的。 根據(jù)大家的記憶，筆者把它分為了幾個(gè)發(fā)展階段。注意，這并非按
照教科書(shū)去分，而是我們的記憶。
Intel公司成立于1968年，格魯夫（左）、諾依斯（中）和
摩爾（右）是微電子業(yè)界
的夢(mèng)幻組合Intel 4004
1971年1月，Intel公司的霍夫(Marcian E.Hoff)研制成功世界上第一枚4位微處理器
芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問(wèn)世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開(kāi)始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來(lái)最有影響力的7位科學(xué)家”之一。
4004當(dāng)時(shí)只有2300個(gè)晶體管，是個(gè)四位系統(tǒng)，
時(shí)鐘頻率在108KHz，每秒執(zhí)行6萬(wàn)條指令（0.06 MIPs)。功能比較弱,且計(jì)算速度較慢,只能用在Busicom計(jì)算器上。
格魯夫 “只有偏執(zhí)狂才能生存”
1971年11月，Intel推出MCS-4
微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括4001
ROM芯片、4002
RAM芯片、4003移位
寄存器芯片和4004微處理器），其中4004（上圖）包含2300個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)年的ENIAC，最初售價(jià)為200美元。
Intel 8008
1972年4月，
霍夫等人開(kāi)發(fā)出第一個(gè)8位微處理器
Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處
理器。
Intel 8080 ，第二代微處理器
1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。
主頻2MHz的8080芯片
運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB
存儲(chǔ)器，使用了
基于6微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS。
摩爾定律 摩爾預(yù)言，
晶體管的密度每過(guò)18個(gè)月就會(huì)翻一番，這就是著名的摩爾定律。
第一臺(tái)
微型計(jì)算機(jī)：Altair 8800 1975年4月，MITS發(fā)布第一個(gè)通用型Altair 8800，售價(jià)375美元，帶有1KB存儲(chǔ)器。這是世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。
1976年,Intel 發(fā)布8085處理器 當(dāng)時(shí)，Zilog、
Motorola和
Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。Zilog公司于1976年對(duì)8080進(jìn)行擴(kuò)展,開(kāi)發(fā) 出Z80微處理器，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。直到今天，Z80仍然是8位處理器
的巔峰之作，還在各種場(chǎng)合大賣特賣。CP/M就是面向其開(kāi)發(fā)的
操作系統(tǒng)。
許多著名的軟件如:WORDSTAR 和DBASE II都基于此款處理器。
WordStar 處理
程序WordStar是當(dāng)時(shí)很受歡迎的
應(yīng)用軟件，后來(lái)也廣泛用于
DOS平臺(tái)。
編輯本段CPU的制造過(guò)程
切割晶圓
所謂的“切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)
格的
硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)CPU的
內(nèi)核(Die)。
影?。≒hotolithography）
在經(jīng)過(guò)熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種
光阻(Photoresist)物質(zhì)，紫外線通過(guò)印制著CPU復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。
蝕刻(Etching)
用溶劑將被
紫外線照射過(guò)的
光阻物清除，然后再采用化學(xué)處理方式，把沒(méi)有覆
蓋光阻物質(zhì)部分的硅氧化物層蝕刻掉。然后把所有光阻物質(zhì)清除，就得到了有溝槽的硅基片。
分層
為加工新的一層電路，再次生長(zhǎng)硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷
光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、 蝕刻過(guò)程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。
離子注入(IonImplantation)
通過(guò)離子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，
形成門電路。接下來(lái)的步驟就是不斷重復(fù)以上的過(guò)程。一個(gè)完整的
CPU內(nèi)核包含大約20層，層間留出窗口，填充金屬以保持各層間電路的連接。完成最后的測(cè)試工作后，切割硅片成單個(gè)CPU核心并進(jìn)行
封裝，一個(gè)CPU便制造出來(lái)了。
編輯本段CPU的常識(shí)
第一介紹的是PC里面的心臟：CPU(Central Processing Unit)，被稱呼為中心處理器或者M(jìn)icroprocessor
微處理器。CPU是
計(jì)算機(jī)的核心，其重要性好比心臟對(duì)于人一樣。實(shí)際上，處理器的作用和大腦更相似，因?yàn)樗?fù)責(zé)處理、運(yùn)算計(jì)算機(jī)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，而主板
芯片組則更像是心臟，它控制著數(shù)據(jù)的交換。CPU的種類決定了你使用的
操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件，CPU的速度決定了你的計(jì)算機(jī)有多強(qiáng)大，當(dāng)然越快、越新的CPU會(huì)花掉你更多的錢。
CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，這期間，按照其
處理信息的
字長(zhǎng)，CPU可以分為：四位微處理器、八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器等等。
如今，Intel的CPU和其兼容產(chǎn)品統(tǒng)治著微型計(jì)算機(jī)——PC的大半江山，但是除了
Intel或
AMD的CPU，還是你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)的其他一些CPU，如
HP的PA-RISC,IBM的Power4和
Sun的UltraSparc等，只是它們都是
精簡(jiǎn)指令集運(yùn)算（RISC）處理器，使用Unix的專利操作系統(tǒng)，例如IBM的AIX和Sun的Solaris等。
雖然設(shè)計(jì)方式和工作原理的過(guò)程有區(qū)別，但不同處理器依然有很多相似之處。從外表看來(lái)，CPU常常是矩形或正方形的塊狀物，通過(guò)密密麻麻的眾多管腳與主板相連。不過(guò)，你看到的不過(guò)是CPU的外衣——CPU的封裝。而內(nèi)部，CPU的核心是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅
晶片(其英文名稱為die，核心)。在這塊小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。
硅能成為生產(chǎn)CPU核心的半導(dǎo)體材料主要是因?yàn)槠浞植嫉膹V泛性和價(jià)格便宜。此外，硅可以形成品質(zhì)極佳的大塊晶體，通過(guò)切割，得到直徑8英寸甚至更大而厚度不足1毫米的圓形薄片——晶片(也叫晶圓)。一片晶片可以劃分切割成許多小片，每一小片就是一塊單獨(dú)CPU的核心。當(dāng)然，在切割之前有許多處理過(guò)程要做。
Intel發(fā)布的第一顆處理器4004僅僅包含2000個(gè)
晶體管，而目前最新的Intel Pentium 8400EE處理器包含超過(guò)2.3億個(gè)晶體管，集成度提高了十萬(wàn)倍，這可以說(shuō)是當(dāng)今最復(fù)雜的集成電路了。與此同時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)單個(gè)CPU的核心硅片的大小絲毫沒(méi)有增大，甚至變得更小了，這就要求不斷地改進(jìn)制造工藝以便能生產(chǎn)出更精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。如今，最新的處理器采用的是0.065微米技術(shù)制造，也就是常說(shuō)的0.065微米線寬。
Pentium 840EE處理器采用90nm制程的Smithfield核心，每核心1MB二級(jí)緩存，800MHZ的FSB，支持EDB防毒和EMT64T，可以搭配64位WinXP，90納米制程，206平方毫米芯片面積，2.3億晶體管。Pentium 4 643 (3.2GHz)采用65nm工藝的CedarMill，集成2MB二級(jí)緩存，單核心，支持HT、EM64T，VT。
需要說(shuō)明的是，線寬是指芯片上的最基本功能單元——門電路的寬度，因?yàn)閷?shí)際上門電路之間連線的寬度同門電路的寬度相同，所以線寬可以描述制造工藝?？s小線寬意味著晶體管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系統(tǒng)更穩(wěn)定，CPU得以運(yùn)行在更高的頻率下，而且在相同的芯片復(fù)雜程度下可使用更小的晶圓，于是成本降低了。
隨著線寬的不斷降低，以往芯片內(nèi)部使用的鋁連線的導(dǎo)電性能將不敷使用，AMD在其K7系列開(kāi)始采用銅連線技術(shù)。而現(xiàn)在這一技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。
