Con l'Intel I386 abbiamo la prima CPU completamente a 32 bits, con registri a 32 bits e capace di indirizzare fino a 4 GB di ram. Le operazioni in virgola mobile (float) sono implementate in hardware e sono demandate ad un integrato separato: il coprocessore matematico. Cloni di queste CPU venivano prodotte dall'AMD e dalla Cyrix. Le prestazioni di queste CPU si avvicinano ai 10 mips (million instruction per second).

L'architettura delle CPU Intel diviene piu' complessa con il modello 486, che raddoppia le prestazioni rispetto al 386, e gli ultimi modelli arrivano ai 70 mips; abbiamo una pipeline a 5 stages, (fetch,decode,address compute,fetch operands, compute,store), una cache di primo livello (L1) integrata nella CPU, una cache di secondo livello (L2) sulla scheda madre, certe versioni hanno il coprocessore matematico integrato. Questi processori usano un bus a 33 MHz, ISA o VESA, consumano attorno ai 4 Watt. AMD produce cloni di questi processori che lavorano a velocita' piu' elevate degli originali. In figura il processore 486 dell'Intel, e cloni dell'AMD e della Cyrix.

L'evoluzione delle CPU subisce un'accelerazione col Pentium che ha prestazioni fra i 100 ed i a 280 Mips, e clock fra 60 e 200 MHz. Si tratta di una CPU superscalare ( 2 pipeline a 5 stadi in parallelo ), ha una floating point unit (fpu) con una pipeline ad 8 stadi, ha una unita' per il branch prediction; usa un bus per i dati a 64 bits.
Col Pentium inizia ad essere introdotta nelle CPU una tecnlologia SIMD (con istruzioni MMX, dedicate alla grafica), inoltre si possono costruire col Pentium macchine bi-processore.
I Pentium da 75-200 MHz hanno contatti PGA a 321 pins, e sono montati su socket 7, che per un certo periodo costituira' uno standard di fatto per l'alloggiamento di tutte le CPU.

Col Pentium viene utilizzato il bus PCI, e l'Intel, approfittando della sua posizione di leader nelle CPU, entra in modo massiccio nel mercato dei cipsets. Abbiamo cosi' l'i430lx per i pentium 60-66, il 430 NX per i pentium 90-133, che supporta un massimo di 512 MB di ram e 512 KB di cache L2. Nel 1995 c'e' il i430FX (Triton) che permette 512 Mb RAM, (tutta supportata dalla cache) e supporta l'USB. Nel 1996 c'e' il 430VX (Triton III), accetta128 Mb RAM, ma solo 64 MB sono cachable (supportati dalla cache); supporta memorie SDRAM e DIMM. Nel 1997 il 430TX, che accetta fino a 256 Mb RAM, di cui 64 MB cacheable, e che supporta l'UDMA 33.

In questo periodo l'AMD produce il K5, un processore compatibile a livello di pins, col Pentium, e che puo' quindi utilizzare le stesse schede madri basate su socket 7. Prima l'AMD aveva essenzialmente prodotto cloni dei processori Intel, mentre il K5 e' un progetto originale.
L'AMD K5 e' prodotto con un processo CMOS, da 0.35 micron, ha 4.3 milioni di gates e velocita' fra 75 e 133 MHz, bus per indirizzi a 32 bits e di dati a 64 bits. Ha un core con architettura RISC, ed un'unita' che decodifica le istruzioni CISC di tipo X86. Inferiore ai Pentium ha pero' cache migliori.

In figura un Pentium, visto da sopra e da sotto, notare l'array di 321 pins per il socket 7.

Il successore del Pentium pro e' il Pentium II, questa CPU ha buone prestazioni anche con le applicazioni a 16 bits ed ha la caratteristica di avere una cache di secondo livello veloce, che va a meta' del clock della CPU; questa cache non e' unita alla CPU, come nel pentium pro, ma CPU e cache L2 sono integrate in una cartuccia apposita, che viene inserita in un alloggiamento a slot della scheda madre invece che in uno a socket. La cache di primo livello e' aumentata a 16K per le istruzioni e 16 per i dati, la cache di secondo livello arriva a 512 K.
Nella foto lo SLOT 1, la cartuccia che contiene Pentium II e cache

In questo periodo l'Intel introduce 2 nuove linee di processori, gli Xeon, con grandi cache, intesi per i server, ed i Celeron, processori a basso consumo, con cache ridotte, per PC low-end e portatili.

In questo periodo si assiste anche ad un veloce miglioramento delle tecnologie costruttive delle CPU, il core Deshutes del Pentium II e' a 0,25 micron, come il core Katmai del Pentium III, il Pentium III-E ( core Coppermine) e' a 0.18 micron. Con le dimensioni ridotte dei transistors si riesce ad abbassare il voltaggio delle CPU e ad aumentare il clock, che arriva poco oltre il Ghz. Le ultime versioni del Pentium III integrano una cache L2 di 256 K nel processore, non e' piu' necessario quindi una cartuccia come quella del Pentium II e si torna al socket, col socket 370. Questi processori iniziano anche sviluppare parecchio calore, il Pentium II e certe versioni del III arrivano a temperature di esercizio attorno ai 90 gradi. In questo periodo si passa alle memorie SDRAM, com package DIMM, a 100 e 133 MHz. Nella foto un Pentium III, per socket 370.

Con i processori K6 l'AMD entra in diretta competizione con il Pentium II. Il K6 ha 6 pipelines per interi a 6 stages, 4 decoder delle istruzioni X86, buone unita' per la speculative execution ed il branch prediction. Ha cache piu' grandi, costa meno dei Pentium, con prestazioni superiori, per certe applicazioni. Il K6-II introduce istruzioni SIMD per la grafica, le 3D now, analoghe alle SSE del Pentium. Alcune versioni del K6 ammettono un bus a 100 MHz (super socket 7 mainboards), aumentando le prestazioni. Le ultime versioni del K6 hanno una cache di 256 o 128 K integrate nel processore ed un processo produttivo a 0.18 micron.; sono in concorrenza col Pentium III

Col Pentium IV l'Intel punta ad aumentare le prestazioni aumentando soprattutto il clock. L'architettura netburst del Pentium IV utilizza lunghe pipelines (20 stages), cache L1 piccole, ma veloci (con bassa latenza). La cache L1 delle istruzioni e' trasformata in una: "execution trace cache", che contiene molte istruzioni in forma gia' parzialmente interpretata, in modo da ridurre il lavoro di dell'interprete in caso di loop e riempire velocemente le lunghe pipelines. Ci sono unita' per il branch prediction ottimizzate. Questa CPU ha 2 unita' per i calcoli interi (alu) e 2 per gli indirizzi (agu) che vanno a 2 volte il clock, nuove istruzioni SIMD per la grafica, ma una sola unita' per calcoli floating point a 128 bits.
La CPU e' fatta per trattare velocemente un flusso continuo di dati, ed e' pensata per lavorare assieme alle memorie RIMM della Rambus, trasferendo 4 dati per ciclo di clock del front side bus (fsb, bus verso la memoria). Le memorie Rambus utilizzano un controller ad alta velocita' e fino a 4 canali a 16 bits verso, invece di uno solo, (per questo i cip con le memorie RIMM vanno messi a coppie), si trasferiscono 2 dati ad ogni ciclo di clock.
L'Intel pensa di poter spingere l'architettura fino ai 10 Ghz.
Tuttavia l'accoppiata Pentium-IV+Rambus fallisce, poiche' la Rambus non riesce a produrre memorie veloci a prezzo basso ed il Pentium IV finira' per utilizzare memorie DDR.
Anche per le alte frequenze ci sono problemi, la CPU sviluppa troppo calore e non si riuscira' a superare i 4 Ghz. L'AMD, con l'Athlon, e' superiore nel calcolo float ed in molte altre applicazioni. Il pentium 4 consuma molto (attorno ai 50 Watt) , richiede dissipatori robusti e gli alimentatori per Pentium IV hanno un connettore in piu' con linee ausiliarie per la scheda madre.

Fra il 2002 ed il 2004, messa sotto pressione dall'AMD, l'Intel sforna di continuo varianti del Pentium IV Northwood, che ha un processo di fabbricazione a 0.13 micron, e cache L2 di 512 K. L'Intel sale col clock , con il fsb (velocita' del bus verso la memoria), ed introduce l'hyper-treading, che permette al software multi-tread di vedere il processore come fossero 2 CPU che condividono la memoria.

Nel 2003 l'Intel produce anche un Pentiun IV "extreme edition", dedicato alla grafica ed ai giochi, ma soprattutto nato per questioni di marketing, questa CPU ha 2 MB di cache di terzo livello integrata, ed fsb a 4x200 MHz.

Col core Prescott si passa ad un processo a 0.09 micron, si raddoppia la cache, si arriva a pipelines di 31 stages, si migliora l'unita' per il branch prediction, cii sono nuove istruzioni SS3.

Nel 2004 l'Intel cambia ancora il socket, col socket 775, Lga i pins non sono piu' sulla CPU, ma sul socket.
Lo sviluppo del Pentium IV e' poi abbandonato, a causa dei problemi legati alla dissipazione termica. Finita la corsa al MHz l'Intel cambia nomi ai processori, che non sono piu' distinti dal clock ma da sigle piu' anonime; il Pentium IV diviene cosi'' la serie 500, con Pentium IV 570 si arriva fino a 3.8 Ghz, che e' la massima frequenza raggiunta dal Pentium.
La serie 500J ha l'NX bit (non execution bit), un sistema per marcare le zone di memoria ove non e' possibile eseguire programmi, utilizzabile come protezione da virus. Altri miglioramenti sono: l' "enhanched halt", che riduce il calore sviluppato riducendo i cicli di clock della CPU ed il "thermal monitor 2", che migliora il controllo della temperatura (Prescott stepping 0, fine 2004).

La serie 600 ha una cache di secondo livello a 2 Mb, tecnologia "speedstep" per ridurre i consumi. inoltre utilizzano le estensioni EM64T, analoghe alle estensioni a 64 bits dell'AMD. A meta' 2005 esce una serie 500 rivista, che adotta anche lei le estensioni EM64T, ma ha solo 1 Mb di cache L2.

Nel 2006 l'Intel passa ad un processo produttivo a 65 nm, questo permette una maggior resa nella fabbricazione degli integrati ed una riduzione dei consumi, da oltre 100W ad 65-85W.

Per i portatili l'Intel sviluppa un'apposita linea di processori, i Pentium M; il core Banias ha 77 milioni di transistor, prodotto a 0.13 micron, una cache L2 di 1 Mbyte; il core Dothan ha 2 Mbyte di cache L2, e 140 milioni di transistors, con processo a 0.09 micron. L'architettura Intel per i portatili e' anche detta "Centrino". Un PC contrassegnato come Centrino ha un Pentium M, un cipset tipo Intel 855, o Intel 915, ed un dispositivo wireless Intel: Pro/wireless 2100, 2200 oppure 2915.

Successivamente l'Intel ha commercializzato soluzioni per notebook con 2 core: "Core Duo" (processori con core denominato: Yona, a 65 nm); sempre chiamando "Centrino" piattaforme per portatili con CPU, cipset e scheda wireless Intel; notebook del 2006 hanno come CPU: Core 2 Duo, cipset Intel 945 e wireless Intel 3945; nel 2007 :CPU con core Memrom, cipset 965 e wireless Intel 4965.

Anche l'AMD ha una sua piattaforma per notebook, chiamata "Turion".

L'AMD ha grande successo con l'Athlon (K7), questa CPU riesce ad essere migliore delle CPU Intel del periodo e guadagna grandi fette di mercato. L'Athlon ha cache grandi rispetto ai Pentium ed un'unita' float migliore. Il bus interno alla CPU e' l'EV6, sviluppato dalla Digital per i processori Alfa. Anche qui, come per il Pentium II, si introduce una scheda, con la CPU e la cache di secondo livello, che viene montata su uno slot della scheda madre. La cache L2 lavora ad 1/3 o 2/5 del clock della CPU. Vengono inserite istruzioni dedicate alla grafica, analoghe alle SSE dell'Intel, le "3D Now".

L'Athlon Thunderbird integra sul cip della CPU la cache L2, rimpicciolita; si torna quindi ad un'interfaccia a socket, il socket A, a 462 pins. Successivamente viene alzato il clock e l'fsb. Nel processo di fabbricazione si iniziano ad inserire connessioni in rame nella CPU.

L'AMD abbandona una nomenclatura basata sul clock e per questioni di marketing utilizza sigle numeriche che dovrebbero permettere di confrontare le CPU con le Intel di maggior frequenza.

Il core Palomino (Atlon XP) introduce le istruzioni 3D Now, simili alle SSE dell'Intel. Viene ottimizzato il core, alzato il clock, si sviluppa tuttavia molto calore. La versione ad 1.733 MHz del 2002 sviluppa piu' di 70 Watt.

L'ultima evoluzione dell'Athlon XP e' il core Barton, ove si raddoppia la cache L2, successivamente si sale ancora con l'fsb, per utilizzare le memorie DDR 400.

L'Athlon non riesce ad andare molto oltre i 2 Ghz, un Athlon XP a 2 Ghz e' grossomodo equivalente ad un Pentium IV a 3 Ghz, ma la differenza di prestazioni dipende dall'applicazione con cui si fanno i tests.

Un'importante caratteristica dell'Athlon 64 e' il controller di memoria integrato, che rende inutile il northbridge, c'e' invece un veloce bus "hyper-transport" a 16 bits verso il cipset, che negli ultimi modelli e' portato da 200 a 250 MHz, per supportare DDR 400 dual channel. I registri sono a 64 bits, gli indirizzi di memoria possono avere 40 bits, puo' correre software a 64 o 32 bits, usando solo parte dei registri. Le pipelines sono state allungate a 12 stadi. Ci sono piu' registri di quanti ce n'erano nell'Athlon XP.

Nel dicembre del 2005 l'AMD annuncia il passaggio al processo produttivo a 65 nm, con il core "Brisbane", le prime CPU di questo tipo si vedono solo a fine 2006, ma non sono prodotte in grande quantita', se non piu' avanti.

Con la fine della corsa al MHz, dovuta a problemi termici ed elettrici, si cerca di migliorare le prestazioni delle CPU inserendo nello stessa die due CPU, che ne condividono alcune parti.

L'Intel si muove in questo senso con la serie 800 del Pentium IV, nell'estate 2005. I Pentium dual core sono chiamati Pentium D. Il processore 840 ha 2 Pentium a 3.2 Ghz, 2 cache L2 da 1 Mb, un fsb a 4x200MHz, con un processo produttivo a 0.09 micron ha 230 milioni di transistors, si monta su socket LGA 776 e consuma 130 Watt. Occorre un connettore ausiliario sulla scheda madre per altre linee dell'alimentatore. Questo processore Ha le estensioni a 64 bits EMT64, l'xd bit, e la tecnologia EIST, per ridurne il consumo quando il carico e' basso.

Sempre nel 2005 l'AMD si muove in questo senso con i processori Athlon 64 X2, cin i modelli 4200,4400,4600,4800+, che lavorano rispettivamente a 2.2,2.3,2.4,2.4 Ghz, e differiscono per la cache L2, rispettivamente di 512,1024,512,1024Kb. L'architettura consta di un crossbar switch che collega bus hyper-transport, memory controller e le 2 CPU (con le loro cache). Il processore va ad 1.4 Volt , fatto a 0.09 micron ha 233 milioni di transistors e consuma 110 Watt.

Fra il 2006 ed il 2007 l'AMD produce un gran numero di modelli cd CPU a doppio core, con i core denominati: "Manchester", "Toledo" e "Windsor", il modello 6000+, del febbraio 2007 raggiunge i 3Ghz, una cache di scondo livello di 1 MByte/core, e consuma piu' di 120 Watt. Per una lista completa di questi processori si rimanda alla Wikipedia.

Nel gennaio del 2006, abbandonato il Pentium IV, l'Intel adotta una nuova architettura per le sue CPU, detta "Core". Questa architettura riprende il progetto del Pentium M, usato sui desktop e si allontata dall'architettura netburst dei Pentium IV; il progetto di queste CPU prevede pipelines piu' corte, ma 4 pipeline per il calcolo (invece delle 3 del Pentium IV) e 3 unita' aritmetiche (invece di 2) e vari miglioramenti, specie nelle tecnologie per il risparmio energetico.

Questi processori hanno un processo di fabbricazione a 65nm hanno un consumo attorno ai 65W; clock fra i 2 e 3 MHz. Inltre il progetto e' concepito nell'ottica di unire 2 processori in un solo integrato, che contiene anche una cache di primo livello per ogni processore ed una cache di secondo livello condivisa di 4MBytes (alcuni modelli solo 2Mbytes).

Il Front side bus (bus dalla CPU verso la memoria) va a 1066 trasferimenti/sec (266Mhz, ma fa 4 trasferimenti per ogni ciclo del clock).

I processori di questo tipo sono inizialmente prodotti in 3 versioni: per notebook (core Merom), per PC (core Conroe) e per server (core Woodcrest); i processori per portatili e PC sono anche detti: "Core 2", visto che il termine "Core" era stato gia' usato per le CPU per notebook "Yona". Core 2 Duo sono quelli con 2 CPU sullo stesso integrato.

Si dice anche che questa e' l'ottava generazione di CPU dell'Intel, ma alcuni considerano questi processori una continuazione della sesta generazione, quella dei vecchi Pentium Pro. Per una lista di questi processori si rimanda alla Wikipedia.