从裸奔到全身武装 CPU功能集成之路探秘.doc

前言：“如果说我比其他人看得更远一些，那是因为我站在巨人肩膀上的缘故。”这是300多年前的伊萨克•牛顿留给后人的一句名言。今天当我为这篇文章整理素材时，一个棘手的问题同样摆在面前：有限的篇幅和时间无法历数这些业界的巨人们和他们的创举，但是读者又希望了解HYPERLINK"http://detail.zol.com.cn/cpu_xilie_index/subcate468_list_1.html"CPU漫长的发展道路上如何演变融合。
事实上当今CPU发展所经历的正是一条不断融合的道路，这篇文章中的几个重要时间点，正是CPU在发展过程中不断融合的标志性事件，这些技术带给用户的远不止是性能提升，而是一次次技术和应用革命。所以我们最终确定了这篇文章的主题——探寻CPU发展与融合之路。
●80486处理器诞生之前
1978年Intel8086中央处理器发布，标志着X86架构CPU走上历史舞台。因为在此之前的所有IntelCPU产品都是以“86”作为结尾的，所以X86或80X86是Intel首先开发制造的一种CPU体系结构的泛称。
在此后的30多年中，我们在CPU性能逐步增强之外，看到了这样一条清晰的发展轨迹——CPU从集成协处理器，到集成缓存，再到集成HYPERLINK"http://detail.zol.com.cn/memory_index/subcate3_list_1.html"内存控制器，一直走到今天集成GPU核心，未来还将集成更多功能。这是一条逐步包容、由简到繁、功能由单一到多元的发展路线，也是一段非常值得回忆的历史。
8086处理器
CPU的位数是指CPU能一次同时寄存和处理二进制数码的位数，这和CPU中寄存器的位数对应。如果说的更通俗易懂，CPU的位数代指一种CPU的运算能力。一个CPU是多少位，主要取决于CPU内部寄存器，ALU的位数，需要注意的是这个位数与CPU接口的地址总线，数据总线位数没有直接关系。
1985年，Intel推出了80386处理器。386集成了27万5千只晶体管，超过了第一款通用处理器4004芯片一百倍。386是Intel第一款32位处理器，32位应用环境直到今天还是业界主流，不得不说这是一个奇迹。
不过80386处理器在当时遇到一个严重的问题或者说是障碍，那就是这颗处理器的浮点运算能力很低下。很不巧的是在386时代，PC对于社会的重要性日愈凸显，CAD、CAM、科学计算、3D方面的应用越来越普及，很多软件必须在有协处理器配合的情况下才能正常使用。因此Intel专门为386处理器设计了一颗辅助芯片名为387的协处理器，用户可以选择是否购买这颗芯片以增强计算机的浮点处理性能。
第一款协处理器8087
实际上第一款协处理器是配合给Intel8086使用的8087，因为七十年代的技术限制，一般只能将数学协处理器做成另外一个芯片，供用户选择。这样的好处是减少了制造的成本，提高了良品率，更降低速度不敏感的用户的支出：他们可以暂时不买数学协处理器，直到需要的时候买一个回来插到IC插座里即可。为了配合X86架构的鼻祖8086处理器，8087协处理器在这种情况下诞生了。
386处理器与387协处理器
387协处理器与386微处理器并行连接，可以构成一个高效的386处理器系统，而缺少了协处理器的单独386芯片浮点运算能力非常有限。实际上387芯片相对于386的改变就是增加了8个80位的浮点寄存器，以及16位的控制寄存器、状态寄存器和标志寄存器。这样387协处理器就为386处理器扩充了七十多条指令和多种数据类型，使得386处理器的浮点也能够遵循IEEE754浮点标准。
●协处理器被HYPERLINK"http://detail.zol.com.cn/cpu_xilie_index/subcate468_list_1.html"CPU吞并
1989年，Intel发布了486处理器。486处理器是Intel非常成功的商业项目。很多厂商也看清了英特尔处理器的发展规律，因此很快就随着Intel的营销战而转型成功。
486处理器在性能上有很大进步，它首次在CISC体系X86架构中使用了类RICS内核，提高了指令执行速度，当然还有更高的主频和更好的制造工艺。不过这些都不是我们今天回忆的重点。因为486最大的意义在于它整合了协处理器，协处理器的概念从此消失而变为CPU内部的FPU（浮点处理器）。
协处理器最终消失变为CPU的FPU浮点单元
自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统，如高版本的AUTOCAD就需要协处理器支持。
当然每次改革都不可能一蹴而就，486最初分为有数学协处理器的4