2024年3月11日发(作者：蔡悦可)
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CPU的构架对性能的影响
一、定义
Architecture ，结构、架构，这个词用于 CPU 的时候是指 CPU “接受和处理
信号的方式”，及其内部元件的组织方式。
二、CPU主要发展阶段
第1阶段
第1阶段（1971——1973年）是4位和8位低档微处理器时代，通常称为第1代，其典型
产品是Intel4004和Intel8008微处理器和分别由它们组成的MCS-4和MCS-8微机。基本特
点是采用PMOS工艺，集成度低（4000个晶体管/片），系统结构和指令系统都比较简单，
主要采用机器语言或简单的汇编语言，指令数目较少（20多条指令），基本指令周期为
20~50μs，用于简单的控制场合。
4004 是英特尔第一款微处理器，为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定发展基
础，其晶体管数目约为2300颗。
图一4004
图二 8085
第2阶段
第2阶段（1974——1977年）是8位中高档微处理器时代，通常称为第2代，其典型产
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品是Intel8080/8085、Motorola公司、Zilog公司的Z80等。它们的特点是采用NMOS工艺，
集成度提高约4倍，运算速度提高约10~15倍（基本指令执行时间1~2μs）。指令系统比较
完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。Intel 8080晶体管数目约为6
千颗。
第3阶段
第3阶段（1978——1984年）是16位微处理器时代，通常称为第3代，其典型产品是Intel
公司的8086/8088，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微处理器。其特点是
采用HMOS工艺，集成度（20000~70000晶体管/片）和运算速度（基本指令执行时间是
0.5μs）都比第2代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、多种寻
址方式、段式存储机构、硬件乘除部件，并配置了软件系统。
80286（也被称为286）是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器，这种
软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标。由于IBM公司在发展个人计算机
时采用 了技术开放的策略，使个人计算机风靡世界。
第4阶段
第4阶段（1985——1992年）是32位微处理器时代，又称为第4代。其典型产品是Intel
公司的80386/80486，Motorola公司的M69030/68040等。其特点是采用HMOS或CMOS
工艺，集成度高达100万个晶体管/片，具有32位地址线和32位数据总线。每秒钟可完成600
万条指令（Million Instructions Per Second，MIPS）。微型计算机的功能已经达到甚至超过
超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。
1989年，我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款芯片的伟大之处在于它首
次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。80486的
时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。
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2024年3月11日发(作者：蔡悦可)
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CPU的构架对性能的影响
一、定义
Architecture ，结构、架构，这个词用于 CPU 的时候是指 CPU “接受和处理
信号的方式”，及其内部元件的组织方式。
二、CPU主要发展阶段
第1阶段
第1阶段（1971——1973年）是4位和8位低档微处理器时代，通常称为第1代，其典型
产品是Intel4004和Intel8008微处理器和分别由它们组成的MCS-4和MCS-8微机。基本特
点是采用PMOS工艺，集成度低（4000个晶体管/片），系统结构和指令系统都比较简单，
主要采用机器语言或简单的汇编语言，指令数目较少（20多条指令），基本指令周期为
20~50μs，用于简单的控制场合。
4004 是英特尔第一款微处理器，为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定发展基
础，其晶体管数目约为2300颗。
图一4004
图二 8085
第2阶段
第2阶段（1974——1977年）是8位中高档微处理器时代，通常称为第2代，其典型产
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品是Intel8080/8085、Motorola公司、Zilog公司的Z80等。它们的特点是采用NMOS工艺，
集成度提高约4倍，运算速度提高约10~15倍（基本指令执行时间1~2μs）。指令系统比较
完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。Intel 8080晶体管数目约为6
千颗。
第3阶段
第3阶段（1978——1984年）是16位微处理器时代，通常称为第3代，其典型产品是Intel
公司的8086/8088，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微处理器。其特点是
采用HMOS工艺，集成度（20000~70000晶体管/片）和运算速度（基本指令执行时间是
0.5μs）都比第2代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、多种寻
址方式、段式存储机构、硬件乘除部件，并配置了软件系统。
80286（也被称为286）是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器，这种
软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标。由于IBM公司在发展个人计算机
时采用 了技术开放的策略，使个人计算机风靡世界。
第4阶段
第4阶段（1985——1992年）是32位微处理器时代，又称为第4代。其典型产品是Intel
公司的80386/80486，Motorola公司的M69030/68040等。其特点是采用HMOS或CMOS
工艺，集成度高达100万个晶体管/片，具有32位地址线和32位数据总线。每秒钟可完成600
万条指令（Million Instructions Per Second，MIPS）。微型计算机的功能已经达到甚至超过
超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。
1989年，我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款芯片的伟大之处在于它首
次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。80486的
时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。
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