Windos與CPU架構(gòu)的不解之緣

從12代酷睿以及將與之競(jìng)爭(zhēng)的下一代銳龍身上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)CPU作為PC的核心硬件，不僅僅是追求最高性能，在設(shè)計(jì)上也都是要與當(dāng)前的軟件，特別是操作系統(tǒng)相互配合的?；乜碢C的發(fā)展史，特別是現(xiàn)代PC軟硬件的歷史，我們還會(huì)看到很多這樣的例子，當(dāng)然也有反例，在即將到來的新CPU中仍然有著這些前輩的影子。本文我們就通過CPU架構(gòu)和軟件、操作系統(tǒng)的演進(jìn)路線，來看一看它們相愛相殺的一路過往吧。

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限于篇幅和我們讀者的實(shí)際需求，本次我們只考慮Windows系統(tǒng)平臺(tái)和歷史上影響比及較大的零售處理器。其實(shí)個(gè)人電腦處理器乃至擴(kuò)大到X86架構(gòu)的CPU，還有更早期的286、386、486以及如蘋果電腦家族、服務(wù)器處理器等許多其他產(chǎn)品，有興趣且能接觸到這些CPU發(fā)展資料的讀者其實(shí)也可以用本文的觀點(diǎn)去“套用”，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的發(fā)展也是基本符合這一規(guī)律的。比如從8位到16位處理器再到32位CPU的變化;蘋果基于當(dāng)時(shí)的應(yīng)用需求而選擇英特爾X86處理器，又因?yàn)楫?dāng)前的應(yīng)用需求而開發(fā)使用ARM架構(gòu)的M1處理器;當(dāng)前很多服務(wù)器CPU（圖2）的設(shè)計(jì)會(huì)為了方興未艾的云計(jì)算、AI計(jì)算等需求而進(jìn)行優(yōu)化，啟用新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，拋棄了基于IA-64指令集的安騰架構(gòu)（圖3）產(chǎn)品。

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Windows 3.x奔騰和多任務(wù)時(shí)代的啟動(dòng)者

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1992年個(gè)人電腦走入了一個(gè)新的時(shí)代，其代表就是更具實(shí)用性的Windows 3.1以及奔騰（Pentium）處理器的聯(lián)袂登場(chǎng)。其實(shí)我們當(dāng)前已經(jīng)非常熟悉的多線程技術(shù)，在軟件上的實(shí)現(xiàn)比超線程、多核處理器的出現(xiàn)早得多。1992年推出的Windows 3.1就是一種支持多線程并行的操作系統(tǒng)，最直觀的表現(xiàn)當(dāng)然就是可以使用多窗口，同時(shí)處理多任務(wù)（圖4）。

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與之對(duì)應(yīng)的，1992英特爾的奔騰處理器（圖5）中也提供了之前486不具備的“超標(biāo)量技術(shù)”，也就是有兩條數(shù)據(jù)流水線，可以同時(shí)執(zhí)行兩條指令。很顯然，這是一塊非常符合Windows需求的產(chǎn)品，而之前的DOS操作系統(tǒng)則在大部分應(yīng)用中沒有這一需求。

不過Windows在自身的各項(xiàng)功能使用中并不會(huì)明顯地體現(xiàn)出奔騰處理器的優(yōu)勢(shì)，真正基于Windows核心的軟件應(yīng)用開發(fā)、普及又都尚需時(shí)日，因此出現(xiàn)了486處理器的兼容生產(chǎn)廠商提升頻率或略微修改核心架構(gòu)（圖6），便可以輕松提供不弱于奔騰處理器的性能甚至日常辦公、游戲體驗(yàn)的情況。

這一點(diǎn)在日后的操作系統(tǒng)/CPU架構(gòu)切換過程中屢次出現(xiàn)，預(yù)計(jì)在Windows11+新架構(gòu)CPU的早期也無可避免。例如將大核心用于專業(yè)軟件、3D處理、辦公計(jì)算;用功耗小而性能足夠的小核心處理游戲音效、后臺(tái)程序、待機(jī)狀態(tài)，以及運(yùn)行Android APP顯然是非常理想的狀態(tài)，實(shí)際上很可能在12代酷睿和Windows 11上市后的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，主流軟件應(yīng)用都難以很好地切換和駕馭這些不同的核心，實(shí)現(xiàn)最好的執(zhí)行效率和使用體驗(yàn)。

隨著后來越來越多的軟件開始利用超標(biāo)量設(shè)計(jì)，這些兼容廠商就紛紛在486核心的基礎(chǔ)架構(gòu)上增加超標(biāo)量計(jì)算能力，以滿足已經(jīng)逐漸成為潮流的Windows以及新一代軟件應(yīng)用的需求，例如AMD K5（圖7）。

Windows 9x系列架構(gòu)的擴(kuò)張時(shí)代

在理應(yīng)與奔騰處理器對(duì)應(yīng)，但發(fā)布時(shí)間晚了2年半的AMD K5殼體上，我們會(huì)看到清晰的Windows 95標(biāo)志，它代表著一個(gè)新時(shí)代的開始。相對(duì)于類似DOS外殼的Windows 3.x，從Windows 95（圖8）開啟的Windows系列雖然底層仍與DOS有關(guān)，但無疑逐漸地、更全面地掌控了整臺(tái)電腦的軟硬件。也正是因?yàn)樗男枨?，CPU架構(gòu)才有了更大的變化，奠定了今日CPU架構(gòu)的基礎(chǔ)。