cpu发展历程

cpu发展历程
cpu发展历程

编者按:任何东西从发展到壮大都会经历一个过程,CPU能够发展到今天这个规模和成就,其中的发展史更是耐人寻味。作为电脑之“芯”的CPU也不例外,本文让我们进入时间不长却风云激荡的CPU发展历程中去。在这个回顾的过程中,我们主要叙述了目前两大CPU巨头——Intel和AMD的产品发展历程,对于其他的CPU公司,例如Cyrix 和IDT等,因为其产品我们极少见到,篇幅所限我们就不再累述了。

一、X86时代的CPU

CPU的溯源可以一直去到1971年。在那一年,当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用于计算器的4位微处理器,也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器!4004含有2300个晶体管,功能相当有限,而且速度还很慢,被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾,但是它毕竟是划时代的产品,从此以后,INTEL便与微处理器结下了不解之缘。可以这么说,CPU的历史发展历程其实也就是INTEL公司X86系列CPU 的发展历程,我们就通过它来展开我们的“CPU历史之旅”。

1978年,Intel公司再次领导潮流,首次生产出16位的微处理器,并命名为i8086,同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集,但在i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算指令。由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们也这些指令集统一称之为X86指令集。虽然以后Intel又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型

CPU,但都仍然兼容原来的X86指令,而且Intel在后续CPU的命名上沿用了原先的X86序列,直到后来因商标注册问题,才放弃了继续用阿拉伯数字命名。至于在后来发展壮大的其他公司,例如AMD和Cyrix等,在486以前(包括486)的CPU都是按Intel的命名方式为自己的X86系列CPU命名,但到了586时代,市场竞争越来越厉害了,由于商标注册问题,它们已经无法继续使用与Intel的X86系列相同或相似的命名,只好另外为自己的586、686兼容CPU命名了。1979年,INTEL公司推出了8088芯片,它仍旧是属于16位微处理器,内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位,可使用1MB内存。8088内部数据总线都是16位,外部数据总线是8位,而它的兄弟8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBM PC机中,开创了全新的微机时代。也正是从8088开始,PC机(个人电脑)的概念开始在全世界范围内发展起来。

1982年,许多年轻的读者尚在襁褓之中的时候,INTE已经推出了划时代的最新产品枣80286芯片,该芯片比8006和8088都有了飞跃的发展,虽然它仍旧是16位结构,但是在CPU的内部含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存。从80286开始,CPU的工作方式也演变出两种来:实模式和保护模式。

Intel 80286处理器

1985年INTEL推出了80386芯片,它是80X86系列中的第一种32位

微处理器,而且制造工艺也有了很大的进步,与80286相比,80386内部内含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,可寻址高达4GB内存。它除具有实模式和保护模式外,还增加了一种叫虚拟86的工作方式,可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。除了标准的80386芯片,也就是我们以前经常说的80386DX外,出于不同的市场和应用考虑,INTEL又陆续推出了一些其它类型的80386芯片:80386SX、80386SL、80386DL等。1988年推出的80386SX是市场定位在80286和80386DX之间的一种芯片,其与80386DX的不同在于外部数据总线和地址总线皆与80286相同,分别是16位和24位(即寻址能力为16MB)。

1990年推出的80386 SL和80386 DL都是低功耗、节能型芯片,主要用于便携机和节能型台式机。80386 SL与80386 DL的不同在于前者是基于80386SX的,后者是基于80386DX的,但两者皆增加了一种新的工作方式:系统管理方式。当进入系统管理方式后,CPU就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作,甚至停止运行,进入“休眠”状态,以达到节能目的。1989年,我们大家耳熟能详的80486芯片由INTEL推出,这种芯片的伟大之处就在于它实破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内,并且在80X86系列中首次采用了RISC(精简指令集)技术,可以在一个时钟

周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式,大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进,80486的性能比带有80387数学协处理器的80386DX提高了4倍。80486和80386一样,也陆续出现了几种类型。上面介绍的最初类型是80486DX。1990年推出了80486SX,它是486类型中的一种低价格机型,其与80486DX的区别在于它没有数学协处理器。80486 DX2由系用了时钟倍频技术,也就是说芯片内部的运行速度是外部总线运行速度的两倍,即芯片内部以2倍于系统时钟的速度运行,但仍以原有时钟速度与外界通讯。80486 DX2的内部时钟频率主要有40MHz、50MHz、66MHz等。80486 DX4也是采用了时钟倍频技术的芯片,它允许其内部单元以2倍或3倍于外部总线的速度运行。为了支持这种提高了的内部工作频率,它的片内高速缓存扩大到16KB。80486 DX4的时钟频率为100MHz,其运行速度比66MHz 的80486 DX2快40%。80486也有SL增强类型,其具有系统管理方式,用于便携机或节能型台式机。

Pentium名称的来历

在286、386、486这些产品深入人心后,1992年10月20日,在纽约第十届PC用户大会上,葛洛夫正式宣布Intel第五代处理器被命名Pentium,而不是586,出乎许多人预料。

事实上,Intel公司对此更名"蓄谋已久"。在此之前,由于386、486系列产品性能出众,AMD与Cyrix生产的处理器也以这些数字命名,INTEL虽大为不满却又无可奈何,因为按照法律,数字是不能用作商标名称,无法注册。"偏执狂"葛洛夫在一次记者招待会上说:"如果

要命名586,就请从我身上跨过去"--充分显示了Intel管理层重新制定品牌战略的决心。

一场极其广泛的命名活动拉开了帷幕。从公司员工脑海中的灵感火花到海外友人集思广益,一共征集到3300多个名称。其中甚至有586NOT、iCUCyrix等十分有趣滑稽的名字。最后敲定的三个候选名称是InteLigence、RADAR1和Pentium.据说当时InteLigence的呼声颇高,但后来公司高层对它们的最终投票却使得Pentium脱颖而出。

为什么叫这样一个名字?葛洛夫解释说:它是一个来自古典语的商标,PENT在希腊文中表示"5",-ium看上去是某化学元素的词尾,用在这里可以表示处理器的强大处理能力和高速性能。

值得注意的是在Pentimu Pro的一个封装中除Pentimu Pro芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片,两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连,处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中,这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。奔腾Pro 200MHZCPU的L2 CACHE就是运行在200MHZ,也就是工作在与处理器相同的频率上。这样的设计领奔腾 Pro达到了最高的性能。而Pentimu Pro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术,这是继奔腾在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。Pentimu Pro系列的工作频率是150/166/180/200,一级缓存都是16KB,而前三者都有256KB的二级缓存,至于频率为200的CPU 还分为三种版本,不同就在于他们的内置的缓存分别是256KB,

512KB,1MB。不过由于当时缓存技术还没有成熟,加上当时缓存芯片还非常昂贵,因此尽管Pentimu Pro性能不错,但远没有达到抛离对手的程度,加上价格十分昂贵,一次Pentimu Pro实际上出售的数目非常至少,市场生命也非常的短,Pentimu Pro可以说是Intel第一个失败的产品。

2、辉煌的开始——奔腾 MMX:

INTEL吸取了奔腾 Pro的教训,在1996年底推出了奔腾系列的改进版本,厂家代号P55C,也就是我们平常所说的奔腾 MMX(多能奔腾)。这款处理器并没有集成当时卖力不讨好的二级缓存,而是独辟蹊径,采用MMX技术去增强性能。

MMX技术是INTEL最新发明的一项多媒体增强指令集技术,它的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集”。MMX是Intel公司在1996年为增强奔腾 CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术,为CPU 增加了57条MMX指令,除了指令集中增加MMX指令外,还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB(16K指命+16K数据),因此MMX CPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时,处理多媒体的能力上提高了60%左右。MMX技术不但是一个创新,而且还开创了CPU开发的新纪元,后来的SSE,3D NOW!等指令集也是从MMX发展演变过来的。

在Intel推出奔腾 MMX的几个月后,AM也推出了自己研制的新产品K6。K6系列CPU一共有五种频率,分别是:166/200/ 233/266/300,

五种型号都采用了66外频,但是后来推出的233/266/300已经可以通过升级主板的BIOS 而支持100外频,所以CPU的性能得到了一个飞跃。特别值得一提的是他们的一级缓存都提高到了64KB,比MMX 足足多了一倍,因此它的商业性能甚至还优于奔腾 MMX,但由于缺少了多媒体扩展指令集这道杀手锏,K6在包括游戏在内的多媒体性能要逊于奔腾 MMX。

3、优势的确立——奔腾Ⅱ:

1997年五月,INTEL又推出了和奔腾 Pro同一个级别的产品,也就是影响力最大的CPU——奔腾Ⅱ。第一代奔腾Ⅱ核心称为Klamath。作为奔腾Ⅱ的第一代芯片,它运行在66MHz总线上,主频分233、266、300、333Mhz四种,接着又推出100Mhz总线的奔腾Ⅱ,频率有300、350、400、450Mhz。奔腾II采用了与奔腾 Pro相同的核心结构,从而继承了原有奔腾 Pro处理器优秀的32位性能,但它加快了段寄存器写操作的速度,并增加了MMX指令集,以加速16位操作系统的执行速度。由于配备了可重命名的段寄存器,因此奔腾Ⅱ可以猜测地执行写操作,并允许使用旧段值的指令与使用新段值的指令同时存在。在奔腾Ⅱ里面,Intel一改过去BiCMOS制造工艺的笨拙且耗电量大的双极硬件,将750万个晶体管压缩到一个203平方毫米的印模上。奔腾Ⅱ只比奔腾 Pro大6平方毫米,但它却比奔腾 Pro多容纳了200万个晶体管。由于使用只有0.28微米的扇出门尺寸,因此加快了这些晶体管的速度,从而达到了X86前所未有的时钟速度。

Intel奔腾Ⅱ处理器

在接口技术方面,为了击跨INTEL的竞争对手,以及获得更加大的内部总线带宽,奔腾Ⅱ首次采用了最新的solt1接口标准,它不再用陶瓷封装,而是采用了一块带金属外壳的印刷电路板,该印刷电路板不但集成了处理器部件,而且还包括32KB的一级缓存。如要将奔腾Ⅱ处理器与单边插接卡(也称SEC卡)相连,只需将该印刷电路板(PCB)直接卡在SEC卡上。SEC卡的塑料封装外壳称为单边插接卡盒,也称SEC(Single-edgecontactCartridge)卡盒,其上带有奔腾Ⅱ的标志和奔腾Ⅱ印模的彩色图像。在SEC卡盒中,处理器封装与L2高速缓存和TagRAM均被接在一个底座(即SEC卡)上,而该底座的一边(容纳处理器核心的那一边)安装有一个铝制散热片,另一边则用黑塑料封起来。奔腾ⅡCPU内部集合了32KB片内L1高速缓存(16K指令/16K 数据);57条MMX指令;8个64位的MMX寄存器。750万个晶体管组成的核心部分,是以203平方毫米的工艺制造出来的。处理器被固定到一个很小的印刷电路板(PCB)上,对双向的SMP有很好的支持。至于L2高速缓存则有,512K,属于四路级联片外同步突发式SRAM高速缓存。这些高速缓存的运行速度相当于核心处理器速度的一半(对于一个266MHz的CPU来说,即为133MHz)。奔腾Ⅱ的这种SEC卡设计是插到Slot1(尺寸大约相当于一个ISA插槽那么大)中。所有的Slot1主板都有一个由两个塑料支架组成的固定机构。一个SEC卡可以从两个塑料支架之间滑入Slot1中。将该SEC卡插入到位后,就可以将一个散热槽附着到其铝制散热片上。266MHz的奔腾Ⅱ运行起来只比200MHz的奔腾Pro稍热一些(其功率分别为38.2瓦和37.9瓦),但

是由于SEC卡的尺寸较大,奔腾Ⅱ的散热槽几乎相当于Socket7或Socket8处理器所用的散热槽的两倍那么大。

除了用于普通用途的奔腾Ⅱ之外,Intel还推出了用于服务器和高端工作站的Xeon系列处理器采用了Slot 2插口技术,32KB 一级高速缓存,512KB及1MB的二级高速缓存,双重独立总线结构,100MHz 系统总线,支持多达8个CPU。

Intel奔腾Ⅱ Xeon处理器

为了对抗不可一世的奔腾Ⅱ,在1998年中,AMD推出了K6-2处理器,它的核心电压是2.2伏特,所以发热量比较低,一级缓存是64KB,更为重要的是,为了抗衡Intel的MMX指令集,AMD也开发了自己的多媒体指令集,命名为3DNow!。3DNow!是一组共21条新指令,可提高三维图形、多媒体、以及浮点运算密集的个人电脑应用程序的运算能力,使三维图形加速器全面地发挥性能。K6-2的所有型号都内置了3DNow!指令集,使AMD公司的产品首次在某些程序应用中,在整数性能以及浮点运算性能都同时超越INTEL,让INTEL感觉到了危机。不过和奔腾Ⅱ相比,K6-2仍然没有集成二级缓存,因此尽管广受好评,但始终没有能在市场占有率上战胜奔腾Ⅱ。

4、廉价高性能CPU的开端——Celeron:

在以往,个人电脑都是一件相对奢侈的产品,作为电脑核心部件的CPU,价格几乎都以千元来计算,不过随着时代的发展,大批用户急需廉价而使用的家庭电脑,连带对廉价CPU的需求也急剧增长了。

在奔腾Ⅱ又再次获得成功之际,INTEL的头脑开始有点发热,飘飘然了起来,将全部力量都集中在高端市场上,从而给AMD,CYRIX等等公司造成了不少乘虚而入的机会,眼看着性能价格比不如对手的产品,而且低端市场一再被蚕食,INTEL不能眼看着自己的发家之地就这样落入他人手中,又与1998年全新推出了面向低端市场,性能价格比相当厉害的CPU——Celeron,赛扬处理器。

Celeron可以说是Intel为抢占低端市场而专门推出的,当时1000美元以下PC的热销,令AMD等中小公司在与Intel的抗争中打了个漂亮的翻身仗,也令Intel如芒刺在背。于是,Intel把奔腾 II的二级缓存和相关电路抽离出来,再把塑料盒子也去掉,再改一个名字,这就是Celeron。中文名称为赛扬处理器。最初的Celeron采用0.35微米工艺制造,外频为66MHz,主频有266与300两款。接着又出现了0.25微米制造工艺的Celeron333。

不过在开始阶段,Celeron并不很受欢迎,最为人所诟病的是其抽掉了芯片上的L2 Cache,自从在奔腾Ⅱ尝到甜头以后,大家都知道了二级缓存的重要性,因而想到赛扬其实是一个被阉割了的产品,性能肯定不怎么样。实际应用中也证实了这种想法,Celeron266装在技嘉BX主板上,性能比PII266下降超过25%!而相差最大的就是经常须要用到二级缓存的程序。

Intel也很快了解到这个情况,于是随机应变,推出了集成128KB二级缓存的Celeron,起始频率为300Mhz,为了和没有集成二级缓存的同频Celeron区分,它被命名为Celeron 300A。有一定使用电脑历

史的朋友可能都会对这款CPU记忆犹新,它集成的二级缓存容量只有128KB,但它和CPU频率同步,而奔腾Ⅱ只是CPU频率一半,因此Celeron 300A的性能和同频奔腾Ⅱ非常接近。更诱人的是,这款CPU 的超频性能奇好,大部分都可以轻松达到450Mhz的频率,要知道当时频率最高的奔腾Ⅱ也只是这个频率,而价格是Celeron 300A的好几倍。这个系列的Celeron出了很多款,最高频率一直到566MHz,才被采用奔腾Ⅲ结构的第二代Celeron所代替。

为了降低成本,从Celeron 300A开始,Celeron又重投Socket插座的怀抱,但它不是采用奔腾MMX的Socket7,而是采用了Socket370插座方式,通过370个针脚与主板相连。从此,Socket370成为Celeron 的标准插座结构,直到现在频率1.2Ghz的Celeron CPU也仍然采用这种插座。

5、世纪末的辉煌——奔腾III:

在99年初,Intel发布了第三代的奔腾处理器——奔腾III,第一批的奔腾III 处理器采用了Katmai内核,主频有450和500Mhz两种,这个内核最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集,这个指令集在MMX的基础上添加了70条新指令,以增强三维和浮点应用,并且可以兼容以前的所有MMX程序。

不过平心而论,Katmai内核的奔腾III除了上述的SSE指令集以外,吸引人的地方并不多,它仍然基本保留了奔腾II的架构,采用0.25微米工艺,100Mhz的外频,Slot1的架构,512KB的二级缓存(以CPU 的半速运行)因而性能提高的幅度并不大。不过在奔腾III刚上市时

却掀起了很大的热潮,曾经有人以上万元的高价去买第一批的奔腾III。

可以大幅提升,从500Mhz开始,一直到1.13Ghz,还有就是超频性能大幅提高,幅度可以达到50%以上。此外它的二级缓存也改为和CPU 主频同步,但容量缩小为256KB。

除了制程带来的改进以外,部分Coppermine 奔腾III还具备了133Mhz的总线频率和Socket370的插座,为了区分它们,Intel在133Mhz总线的奔腾III型号后面加了个“B”, Socket370插座后面加了个“E”,例如频率为550Mhz,外频为133Mhz的Socket370 奔腾III就被称为550EB。

看到Coppermine核心的奔腾III大受欢迎,Intel开始着手把Celeron处理器也转用了这个核心,在2000年中,推出了Coppermine128核心的Celeron处理器,俗称Celeron2,由于转用了0.18的工艺,Celeron的超频性能又得到了一次飞跃,超频幅度可以达到100%。

6、AMD的绝地反击——Athlon

在AMD公司方面,刚开始时为了对抗奔腾III,曾经推出了K6-3处理器。K6-3处理器是三层高速缓存(TriLevel)结构设计,内建有64K的第一级高速缓存(Level 1)及256K的第二层高速缓存(Level 2),主板上则配置第三级高速缓存(Level 3)。K6-3处理器还支持增强型的3D Now!指令集。由于成本上和成品率方面的问题,K6-3处理器在台式机市场上并不是很成功,因此它逐渐从台式机市场消

失,转进笔记本市场。

真正让AMD扬眉吐气的是原来代号K7的Athlon处理器。Athlon具备超标量、超管线、多流水线的Risc核心(3Way SuperScalar Risc core),采用0.25微米工艺,集成2,200万个晶体管,Athlon包含了三个解码器,三个整数执行单元(IEU),三个地址生成单元(AGU),三个多媒体单元(就是浮点运算单元),Athlon可以在同一个时钟周期同时执行三条浮点指令,每个浮点单元都是一个完全的管道。K7包含3个解码器,由解码器将解码后的macroOPS指令(K7把X86指令解码成macroOPS指令,把长短不一的X86指令转换成长短一致的macroOPS指令,可以充分发挥RISC核心的威力)送给指令控制单元,指令控制单元能同时控制(保存)72条指令。再把指令送给整数单元或多媒体单元。整数单元可以同时调度18条指令。每个整数单元都是一个独立的管道,调度单元可以对指令进行分支预测,可以乱序执行。K7的多媒体单元(也叫浮点单元)有可以重命名的堆栈寄存器,浮点调度单元同时可以调度36条指令,浮点寄存器可以保存88条指令。在三个浮点单元中,有一个加法器,一个乘法器,这两个单元可以执行MMX指令和3DNow指令。还有一个浮点单元负责数据的装载和保存。由于K7强大的浮点单元,使AMD处理器在浮点上首次超过了Intel当时的处理器。

Athlon内建128KB全速高速缓存(L1 Cache),芯片外部则是1/2时频率、512KB容量的二级高速缓存(L2 Cache),最多可支持到8MB 的L2 Cache,大的缓存可进一步提高服务器系统所需要的庞大数据

吞吐量。

Athlon的封装和外观跟Pentium Ⅱ相似,但Athlon采用的是Slot A 接口规格。Slot A接口源于Alpha EV6总线,时钟频率高达200MHz,使峰值带宽达到1.6GB/S,在内存总线上仍然兼容传统的100MHz总线,现这样就保护了用户的投资,也降低了成本。后来还采用性能更高的DDR SDRAM,这和Intel力推的800MHz RAMBUS的数据吞吐量差不多。EV6总线最高可以支持到400MHz,可以完善的支持多处理器。所以具有天生的优势,要知道Slot1只支持双处理器而SlotA可支持4处理器。SlotA外观看起来跟传统的Slot1插槽很像,就像Slot1插槽倒转180度一样,但两者在电气规格、总线协议是完全不兼容的。Slot 1/Socket370的CPU,是无法安装到Slot A插槽的Athlon主板上,反之亦然。

编者按:任何东西从发展到壮大都会经历一个过程,CPU能够发展到今天这个规模和成就,其中的发展史更是耐人寻味。作为电脑之“芯”的CPU也不例外,本文让我们进入时间不长却风云激荡的CPU发展历程中去。在这个回顾的过程中,我们主要叙述了目前两大CPU巨头——Intel和AMD的产品发展历程,对于其他的CPU公司,例如Cyrix 和IDT等,因为其产品我们极少见到,篇幅所限我们就不再累述了。

三、踏入新世纪的CPU

进入新世纪以来,CPU进入了更高速发展的时代,以往可望而不可及的1Ghz大关被轻松突破了,在市场分布方面,仍然是Intel跟AMD 公司在两雄争霸,它们分别推出了Pentium4、Tualatin核心Pentium

Ⅱ和Celeron、Tunderbird核心Athlon、AthlonXP和Duron等处理器,竞争日益激烈。

1、在Intel方面,在上个世纪末的2000年11月,Intel发布了旗下第四代的Pentium处理器,也就是我们天天都能接触到的Pentium 4。Pentium 4没有沿用PIII的架构,而是采用了全新的设计,包括等效于的400MHz前端总线(100 x 4), SSE2指令集,256K-512KB的二级缓存,全新的超管线技术及NetBurst架构,起步频率为1.3GHz。第一个Pentium4核心为Willamette,全新的Socket 423插座,集成256KB的二级缓存,支持更为强大的SSE2指令集,多达20级的超标量流水线,搭配i850/i845系列芯片组,随后Intel陆续推出了1.4GHz-2.0GHz的Willamette P4处理器,而后期的P4处理器均转到了针角更多的Socket 478插座。

和奔腾III一样,第一个Pentium4核心并不受到太多的好评,主要原因是新的CPU架构还不能受到程序软件的充分支持,因此Pentium4经常大幅落后于同频的Athlon,甚至还如Intel自己的奔腾III。但在一年以后,Intel发布了第二个Pentium4核心,代号为Northwood,改用了更为精细的0.13微米制程,集成了更大的512KB二级缓存,性能有了大幅的提高,加上Intel孜孜不倦的推广和主板芯片厂家的支持,目前Pentium4已经成为最受欢迎的中高端处理器。

在低端CPU方面,Intel发布了第三代的Celeron核心,代号为Tualatin,这个核心也转用了0.13微米的工艺,与此同时二级缓存的容量提高到256KB,外频也提高到100Mhz,目前Tualatin Celeron

的主频有1.0、1.1、1.2、1.3Ghz等型号。Intel也推出了Tualatin 核心的奔腾III,集成了更大的512KB二级缓存,但它们只应用于服务器和笔记本电脑市场,在台式机市场很少能看到。

2、在AMD方面,在2000年中发布了第二个Athlon核心——Tunderbird,这个核心的Athlon有以下的改进,首先是制造工艺改进为0.18微米,其次是安装界面改为了SocketA,这是一种类似于Socket370,但针脚数为462的安装接口。最后是二级缓存改为256KB,但速度和CPU同步,与Coppermine核心的奔腾III一样。Tunderbird核心的Athlon不但在性能上要稍微领先于奔腾III,而且其最高的主频也一直比奔腾III高,1Ghz频率的里程碑就是由这款CPU首先达到的。不过随着Pentium4的发布,Tunderbird开始在频率上落后于对手,为此,AMD又发布了第三个Athlon核心——Palomino,并且采用了新的频率标称制度,从此Athlon型号上的数字并不代表实际频率,而是根据一个公式换算相当于竞争对手(也就是Intel)产品性能的频率,名字也改为AthlonXP。例如AthlonXP1500+处理器实际频率并不是1.5Ghz,而是1.33GHz。最后,AthlonXP还兼容Intel的SSE指令集,在专门为SSE指令集优化的软件中也能充分发挥性能。

在低端CPU方面,AMD推出了Duron CPU,它的基本架构和Athlon 一样,只是二级缓存只有64KB。Duron从发布开始,就能远远抛离同样主攻低端市场的Celeron,而且价格更低廉,一时间Duron成为低价DIY兼容机的第一选择,但Duron也有它致命的弱点,首先是继承

了Athlon发热量大的特点,其次是它的核心非常脆弱,在安装CPU 散热器时很容易损坏。

CPU发展史

课程名称:微机原理 报告名称: CPU 的发展历程探究 ——Intel与龙芯 姓名:王永琦 指导教师:周维民 学院:机电工程与自动化学院 CPU的发展历程探究

CPU是中央处理器(Central_Processing_Unit)的缩写,它由控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分组成,可以进行运算、分析、判断并控制计算机各部分协调工作。随着集成电路加工工艺的进步和计算机体系结构的发展,CPU获得了迅猛的发展,并对现代信息社会产生了深远的影响,被誉为20世纪最伟大的发明之~。 在微机的各种部件中,CPU是~核心的部件,CUP的运行速度和性能在很大程度上决定了微机的整体性能。随着电子技术的发展,CPU的集成度越来越高,其运行速度也在成倍地增长,从而促进了微机技术的发展。从某种角度来讲,微机技术的发展和CPU的发展是密切相关。 计算机的发展主要表现在其核心部件——微处理器的发展上,每当~款新型的微处理器出现时,就会带动计算机系统的其他部件的相应发展,如计算机体系结构的进~步优化,存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高,设备的不断改进以及新设备的不断出现等, 70年代初期,大规模集成电路技术的发展,使运算器和控制器(即CUP)能集成在一个芯片上,像这样的芯片就称为微处理器。微处理器决定了微机的型号,速度和档次。在评价微机的性能时,首先应该了解其微处理器的性能。 目前世界上能生产CPU的厂商主要有Intel、AMD、IBM、Motorola和台湾的威盛等,其中Intel占据了约75%的市场份额。按照处理信息的字长,CPU可以分为8位、16位、32位和64位等。如果把计算机比作~个人,CPU就是他的心脏,其重要作用是不言而喻的。 目前的计算机大都采用冯·诺依曼结构,即以存储程序原理为基础,由程序通过~系列的指令来实现~定的功能。CPU执行程序所需时间为: P=I×C×T 式中,I为程序编译后的机器指令数,C为执行每条机器指令所需的平均机器周期,T为每个机器周期的执行时间。P越少,CPU的性能就越好。因此,CPU 的性能与I、C和T三个因素有关。其中,T依赖于CPU硬件本身,由半导体材料和加工工艺决定,I和C则依赖于CPU软件及硬件,由计算机体系结构的设计

国内的微处理器介绍

关键字: register:寄存器interface:接口analog:模拟semiconductor:微处理器combination:混合体capacitor :电容器diode:二极管comparator:比较器loop:循环 polarity:极性potential:电位pickup:传感器circuitry:电路图resistance:电阻leakage:泄露电阻filt:过滤器current:电流buffering:缓冲器impedance:阻抗offset:补偿diode:二极管 国内的微处理器: ADC08031/ADC08032/ADC08034/ADC08038 8位高速单任务处理的I/O A/D转换器有多种传输方式,提高电压,和跟踪/控制功能 综述: ADC08031/ADC08032/ADC08034/ADC08038是8位连续的近似A/D转换器,有一系列I/O和配置输入多大8种方式,一系列的I/O被装置以达成NSCMICROWIRE TM的标准。简单连接COPS TM流派控制的一系列数据转换标准,也能简单连接标准转移寄存器或微处理器。 ADC08034和ADC08038提供一个2.6V中断源参考材料,为装置提供保障的电压参考温。以ADC08031/ADC08034和ADC08038为特点,一个跟踪/控制功能允许在现实A/D转换中在正极输入多种模拟电压。模拟输入被装置成操作各种但极点的有区别的,或假定一有区别的代码的混合体。总之,输入模拟跨度最小1V才能被容纳。 用途: 1,使自动传感器数字化。 2,程序控制监督程序。 3,在噪音环境中有遥感功能。 4,检测仪器。 5,测试系统。 6,嵌入式特征。 特征: 1,单任务处理器的数据连接要求少量的I/O插口。 2,模拟输入跟踪控制功能。 3,2- ,4-或8位输入多种逻辑地址的传输方式。 4,0V~5V模拟输入范围提供单极5V电压。 5,没有零或满的尺度判断要求。 6,TTL/CMOS输入/输出兼容。 7,在集成电路片上2.6V中断源参考材料。 8,0.3标准宽度.14或20个插口插入插件。 9,20个插口的微型插件 码的规范:

多核处理器的发展前景和存在问题综述

多核处理器的发展前景和存在问题综述 目录 1.概述 (2) 2.处理器的发展趋势 (2) 从单核到多核 (3) 同构多处理器与异构多处理器 (3) 多核处理器发展面临的挑战 (4) 多核与多线程技术 (4) 3.多核处理器的高速缓存一致性问题 (4) 增强一致性的基本方案 (5) 目录式Proximity-aware 协议 (5) 4.多核加速串行程序的主要方法 (8) 并行编译器 (8) 推测多线程 (9) 基于线程的预执行机制 (9) 5. 总结 (10) 参考文献 (11)

1. 概述 在过去的几十年时间里,处理器的性能一直按照莫尔定律在发展。提高处理器性能的基本方法就是不断提升主频。从初期的几十MHz到不久前IBM的Power 6达到了,设计人员甚至想过提升到7G~8GHz。不过,进入2002年以来,CPU 提升主频的困难越来越大,因为主频的提升带来了散热和功耗的大幅增加等问题。在几年前,英特尔和AMD都调整了研究方向,开始研究在同一CPU中放置多个执行内核。 说到底,出现多核处理器的最根本原因是人们对计算能力永无止境的追求。尽管这些年来,处理器从来没有停止过前进的脚步,但每一次性能的突破,换来的只是对更高性能的需求,特别是在油气勘探、气象预报、虚拟现实、人工智能等高度依赖于计算能力的场合,对性能的渴求更加迫切。 既然单处理器的发展已经到了瓶颈,而多核将会引领以后处理器发展的潮流,那么我们就看看多核处理器带给我们什么样的性能提升,多核处理器要全面应用到各个领域所需解决的问题。 多核的好处非常明显。首先,由于是多个执行内核可以同时进行运算,因此可以显著提升计算能力,而每个内核的主频可以比以前低,因而总体功耗增加不大。其次,与多CPU相比,多核处理器采用与单CPU相同的硬件架构,用户在提升计算能力的同时无需进行任何硬件上的改变,这对用户来说非常方便。 然而,多核处理器要发挥它的作用必须要解决许多问题,不像CPU的频率提升,无论如何你都可以从中受益,要从多核处理器中受益,首先在设计多核处理器时,要注意不同核心之间的通信与数据的一致性,另外,在软件层次上也需要对多核进行改进,以充分利用多核的性能。 本文结合了几篇最新的多核方面的论文和一些网上评论,从处理器的发展趋势,前景以及存在的挑战几个方面介绍了多核的相关问题。文章第二部分主要介绍处理器的发展趋势,第三部分主要阐述多核的一个关键问题高速缓存一致性已经如何通过预取来提高带宽,第四部分主要阐述多核在提高串行程序性能方面的作用。 2. 处理器的发展趋势

微处理器发展史

微处理器发展史 CPU发展史 CPU也称为微处理器,微处理器的历史可追溯到1971年,当时INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。 它是用于计算器的4位微处理器,含有2300个晶体管。从此以后,INTEL便与微处理器结下了不解之缘。 下面以INTEL公司的80X86系列为例介绍一下微处理器的发展历程。 1978和1979年, INTEL公司先后推出了8086和8088芯片,它们都是16位微处理器, 内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位, 可使用1MB内存。它们的内部数据总线都是16位,外部数据总线8088是8位,8086是16位。

1981年 8088芯片首次用于IBMPC机中,开创了全新的微机时代。最早的i8086/8088是采用双列直插(DIP)形式封装, 从i80286开始采用方形BGA扁平封装(焊接), 从i80386开始到Pentiumpro开始采用方形PGA(插脚),1982年, INTEL推出了80286芯片,该芯片含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。 其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存。80286有两种工作方式:实模式 和保护模式。 1985年 INTEL推出了80386芯片,它是80X86系列中的第一种32位微处理器,内含27.5万个晶体管, 时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz。

其内部和外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,可寻址4GB内存。 它除具有实模式和保护模式外,还增加了一种叫虚拟86的工作方式,可以通过同时模拟多个8086 处理器来提供多任务能力。 除了标准的80386芯片(称为80386DX)外,出于不同的市场和应用考虑,INTEL又陆续推出了一些 其它类型的80386芯片: 80386SX、80386SL、80386DL等。 1988年 推出的80386SX是市场定位在80286和80386DX之间的一种芯片,其与80386DX的不同在于 外部数据总线和地址总线皆与80286相同,分别是16位和24位(即寻址能力为16MB)。 1990年 推出的80386SL和80386DL都是低功耗、节能型芯片,主要用于便携机和节能型台式机。

多核处理器的主要实现架构及其设计挑战

多核处理器的主要实现架构及其设计挑战 2008年03月01日 为得到更高的处理性能,曾经唯一的做法是提高单一处理器的频率,但当这一做法因为功耗和发热的非线性增长而变得难以为继时,集成多个处理器核心的器件便应运而生。谈到多核处理器,ARM的中国总裁谭军先生给出的定义是:“多核处理器是指在同一个核内具有多个处理器内核,它们可以通过内部的缓存来控制,有选择性的开/关。” 总体上,多核处理器架构分为同质架构和异质架构两大类。MIPS 科技公司产品营销总监P ete Del Vecchio认为:“当SoC 的功能被分解进彼此次之间通信非常有限的的多个子系统时,异质架构的多核系统最为适用。”他还表示:“同质架构的多核系统设计使分配到不同处理器的任务共享的数据可以自动保持一致。这种多核系统比较容易编程,可提供直接的机制,在不同处理器之间动态地迁移任务。” 各种应用于通用领域和嵌入式领域的多核处理器都可以归入到上面提到的这两种架构。TI 采用的是将DSP与CPU核心相结合的混合结构。TI通用DSP业务发展经理郑小龙表示:“DSP速度极快适于实时处理,CPU控制能力全面适合非实时处理,TI的混合结构多核处理器将二者的优点充分结合,构成一个极其高效的SoC。”MIPS的Pete Del Vecchio表示:“目前,MIPS主要致力于最大限度地提高单处理器的频率。”但他同时表示:“已有获得授权的厂商在利用各种MIPS 内核,不论是在异构还是同构多核实现方法方面均取得了巨大的成功。例如,Sigma Designs 开发的一款芯片采用两个MIPS内核,一个用来处理应用软件/OS,另一个用于系统安全。” Freescale的多核平台包含2到32个Power Architecture 的e500-mc Power内核,该平台在高端包含了一个基于互联的片上控制网络,它可以减少由于拥塞而带来的性能降低。ARM在2007年推出了当最多具备四核时性能可达8,000DMIPS 的Cortex-A9处理器。英特尔目前多核处理器采用的微架构是著名的酷睿微架构,酷睿微架构具备以下重要特性: 1. 英特尔宽区动态执行; 2. 英特尔智能内存访问; 3. 英特尔高级数字媒体增强; 4. 英特尔高级智能高速缓存; 5. 英特尔智能功率特性。 在实施多核处理器的过程中,在硬件和软件两方面业界都面临一系列挑战。TI的郑小龙认为:“挑战首先表现在系统配置方面,其次表现在软件协调开发方面。”ARM通过已经被业界证明成功的MPCore 技术看到了以下几大设计挑战:1. 预先整合的并且通过验证的可扩展多核处理技术;2. 整合的中断分配和处理器间的通信;3. 先进的Snoop控制单元,支持增强的缓存一致性。应对这些挑战,谭军表示:“ARM在Cortex-A9 MPCore中在以下几个方面进一步加强了MPCore 技术:1. 加速器一致性端口(ACP);2. 先进的总线接口单元;3. 具有中断虚拟的多核ARM TrustZone技术;4. 通用中断控制器(GIC)。

计算机组成原理及汇编语言_cpu未来发展方向

CPU未来发展方向 1、CPU发展历史: 集成的晶体管数量增加,内存扩大,时钟频率增加,地址总线增加,运行速度加快,兼容性提高。总体走向运算更快,体积更小,频率更高,兼容性更好的方向。通过大规模集成电路的发展,在更小的面积上可以集成更多的晶体管,从而使运算速度迅速增长。但是当集成电路增多后,运行产生的热量会是CPU的材料硅受到影响,所以散热问题阻碍了高度集成的进程。 CPU发展史可以说Intel公司的历史就是一部CPU的发展史。 1971 年,Intel 推出了世界上第一款微处理器 4004,它是一个包含了2300个晶体管的4位CPU。 1978年,Intel公司首次生产出16位的微处理器命名为i8086,同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集。由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们也把这些指令集统一称之为X86指令集。这就是X86指令集的来历。1978年,Intel还推出了具有 16 位数据通道、内存寻址能力为 1MB、最大运行速度 8MHz 的8086,并根据外设的需求推出了外部总线为 8 位的 8088,从而有了 IBM 的 XT 机。随后,Intel 又推出了 80186 和 80188,并在其中集成了更多的功能。 1979年,Intel公司推出了8088芯片,它是第一块成功用于个人电脑的CPU。它仍旧是属于16位微处理器,内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位,寻址范围仅仅是1MB内存。8088内部数据总线都是16位,外部数据总线是8位,而它的兄弟8086是16位,这样做只是为了方便计算机制造商设计主板。 1981年8088芯片首次用于IBM PC机中,开创了全新的微机时代。 1982年,Intel推出80286芯片,它比8086和8088都有了飞跃的发展,虽然它仍旧是16位结构,但在CPU的内部集成了13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存。80286也是应用比较广泛的一块CPU。IBM 则采用80286 推出了AT 机并在当时引起了轰动,进而使得以后的PC 机不得不一直兼容于PC XT/AT。 1985年Intel推出了80386芯片,它X86系列中的第一种32位微处理器,而且制造工艺也有了很大的进步。80386内部内含27.5万个晶体管,时钟频率从12.5MHz发展到33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,可寻址高达4GB内存,可以使用Windows操作系统了。但80386芯片并没有引起IBM 的足够重视,反而是 Compaq 率先采用了它。可以说,这是 P C 厂商正式走“兼容”道路的开始,也是AMD 等 CPU 生产厂家走“兼容”道路的开始和 32 位 CPU的开始,直到今天的 P4 和 K7 依然是 32 位的 CPU(局部64位) 1989年,Intel推出80486芯片,它的特殊意义在于这块芯片首次突破了100万个晶体管的界限,集成了120万个晶体管。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内,并且在80X86系列中首次采用了RISC(精简指令集)技术,可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线(Burst)方式,大大提高了与内存的数据交换速度。 1989 年,80486 横空出世,它第一次使晶体管集成数达到了 120 万个,并且在一个时钟周期内能执行 2 条指令。

cpu发展历程

编者按:任何东西从发展到壮大都会经历一个过程,CPU能够发展到今天这个规模和成就,其中的发展史更是耐人寻味。作为电脑之“芯”的CPU也不例外,本文让我们进入时间不长却风云激荡的CPU发展历程中去。在这个回顾的过程中,我们主要叙述了目前两大CPU巨头——Intel和AMD的产品发展历程,对于其他的CPU公司,例如Cyrix 和IDT等,因为其产品我们极少见到,篇幅所限我们就不再累述了。 一、X86时代的CPU CPU的溯源可以一直去到1971年。在那一年,当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用于计算器的4位微处理器,也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器!4004含有2300个晶体管,功能相当有限,而且速度还很慢,被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾,但是它毕竟是划时代的产品,从此以后,INTEL便与微处理器结下了不解之缘。可以这么说,CPU的历史发展历程其实也就是INTEL公司X86系列CPU 的发展历程,我们就通过它来展开我们的“CPU历史之旅”。 1978年,Intel公司再次领导潮流,首次生产出16位的微处理器,并命名为i8086,同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087,这两种芯片使用相互兼容的指令集,但在i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算指令。由于这些指令集应用于i8086和i8087,所以人们也这些指令集统一称之为X86指令集。虽然以后Intel又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型

CPU,但都仍然兼容原来的X86指令,而且Intel在后续CPU的命名上沿用了原先的X86序列,直到后来因商标注册问题,才放弃了继续用阿拉伯数字命名。至于在后来发展壮大的其他公司,例如AMD和Cyrix等,在486以前(包括486)的CPU都是按Intel的命名方式为自己的X86系列CPU命名,但到了586时代,市场竞争越来越厉害了,由于商标注册问题,它们已经无法继续使用与Intel的X86系列相同或相似的命名,只好另外为自己的586、686兼容CPU命名了。1979年,INTEL公司推出了8088芯片,它仍旧是属于16位微处理器,内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位,可使用1MB内存。8088内部数据总线都是16位,外部数据总线是8位,而它的兄弟8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBM PC机中,开创了全新的微机时代。也正是从8088开始,PC机(个人电脑)的概念开始在全世界范围内发展起来。 1982年,许多年轻的读者尚在襁褓之中的时候,INTE已经推出了划时代的最新产品枣80286芯片,该芯片比8006和8088都有了飞跃的发展,虽然它仍旧是16位结构,但是在CPU的内部含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存。从80286开始,CPU的工作方式也演变出两种来:实模式和保护模式。 Intel 80286处理器 1985年INTEL推出了80386芯片,它是80X86系列中的第一种32位

LEON微处理器综述

摘要:随着集成电路设计水平和ic制造工艺水平的快速发展,在单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能的系统芯片(soc)得到广泛应用。系统芯片(soc)开发的核心是微处理器ip 核,实际上多数公司和研究机构不具备开发自己的处理器的能力,较为普遍的做法是购买已成产品的微处理器ip核,但是这需要支付为数不少的使用许可费用。还有另一种选择,即使用开放源代码的微处理器ip核。本文介绍了leon系列微处理器的软核架构、在soc设计中的优势以及片上总线。 关键词:leon;可配置性;可移植性;amba 1leon软核架构介绍 leon软核是一个与sparc v8兼容的整数处理单元iu(integer unit),leon2是5级流水线,leon3是7级流水线。leon3微处理器具有以下特点: ●七级流水线结构; ●具有硬件乘法/除法和mac功能; ●独立的指令和数据cache(哈佛结构); ●可根据需求灵活配置cache的容量; ●片上总线使用amba2.0规范,支持apb和ahb标准; ●具备一些片上常用外设(如uart、中断控制、i/o接口、实时时钟、看门狗等)。leon3微处理器软核的可配置体系架构如图1所示。 除了关键的微处理器外,外围模块也是制约系统性能的重要因素,在本文主要介绍以下几个模块: fpu和协处理器leon3提供浮点单元的接口和一个自定义的协处理器。有两个可用的fpu 控制器,一个是用于高性能的grfpu,另一个是用于meiko fpu。只要不存在数据或者资源的依赖,浮点处理器、协处理器以及整数单元的并行执行并不会阻碍操作。 内存管理单元mmu内存管理单元mmu(memory management unit)遵循所有的sparc v8的规范,实现了32位虚拟地址和36位物理存储器的映射。mmu可配置多达64个完全关联tlb 入口,用于访问正在运行的硬件和软件代码,方便后期调试。 2leon在soc芯片开发中的优势 leon微处理器具有良好的综合性能,使用dhrystone 2.1测试平台对其进行测试时,其运算速度可以达到0.85 mips/mhz。 leon软核最突出的优势是其良好的可配置性和可移植性,以及遵循gpl许可证协议的开源性。 开源性基于gpl许可证协议,leon非容错版本软核ip提供vhdl源代码,仅是容错版本的leon软核需要商业授权。源代码公开使研究者和开发者从根本上研究软核的细节从而定制满足具体应用的软核成为可能。 可配置性 leon软核有一套非常丰富的接口和运算单元ip核库,用户可以根据自己的需要对leon软核的绝大多数模块进行配置,以达到性能、功耗和面积的平衡和优化。软核iu 可以配置流水线深度、地址和数据高速缓存;外围设备可以挂载在amba总线上;而硬件加速单元可以根据需求集成。 可移植性 leon软核通过层次分明的vhdl模型实现。通过vhdl中特定的配置接口,leon 核的关键参数(例如修改cache的大小和组织方式,乘法器的生成,速度、芯片面积的调整以及容错方案的选择)都能够灵活的设置和移植。

多核处理器

多核处理器 多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。多核技术的开发源于工程师们认识到,仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善,先前的处理器产品就是如此。他们认识到,在先前产品中以那种速率,处理器产生的热量很快会超过太阳表面。即便是没有热量问题,其性价比也令人难以接受,速度稍快的处理器价格要高很多。 最新新闻 中国发布全球首款全系统多核高精度导航定位芯片 全球首款全系统多核高精度导航定位系统级芯片,13日在第六届中国卫星[2.10% 资金研报]学术年会期间对外发布。专家表示,这意味着国产芯片不仅具备国际竞争力,还从“跟踪者”跃升为“引领者”。...详情 内容来自 中文名多核处理器 定义集成两个或多个完整的计算引擎 第一颗通用型微处理器4004 技术优势采用了线程级并行编程 目录 1技术发展 2发展历程 3技术优势 4技术瓶颈 5技术原理 6技术关键 ?核结构研究 ?程序执行模型 ?Cache设计 ?核间通信技术 ?总线设计 ?操作系统设计 ?低功耗设计 ?存储器墙 ?可靠性及安全性设计 7技术意义 8技术种类 9技术应用 10应用 11英特尔 1技术发展 256线程的CPU 256线程的CPU 英特尔工程师们开发了多核芯片,使之满足“横向扩展”(而非“纵向扩充”)方法,从而提高性能。该架构实现了“分治法”战略。通过划分任务,线程应用能够充分利用多个执行内核,并可在特定的时间内执行更多任务。多核处理器是单枚芯片(也称为“硅核”),能够直

接插入单一的处理器插槽中,但操作系统会利用所有相关的资源,将每个执行内核作为分立的逻辑处理器。通过在两个执行内核之间划分任务,多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。多核架构能够使软件更出色地运行,并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。尽管认真的软件厂商还在探索全新的软件并发处理模式,但是,随着向多核处理器的移植,现有软件无需被修改就可支持多核平台。操作系统专为充分利用多个处理器而设计,且无需修改就可运行。为了充分利用多核技术,应用开发人员需要在程序设计中融入更多思路,但设计流程与对称多处理(SMP)系统的设计流程相同,并且现有的单线程应用也将继续运行。得益于线程技术的应用在多核处理器上运行时将显示出卓越的性能可扩充性。此类软件包括多媒体应用(内容创建、,以及本地和数据流回放)、工程和其他技术计算应用以及诸如应用服务器和数据库等中间非标轴承https://www.360docs.net/doc/0516707344.html,层与后层服务器应用。多核技术能够使服务器并行处理任务,而在以前,这可能需要使用多个处理器,多核系统更易于扩充,并且能够在更纤巧的外形中融入更强大的处理性能,这种外形所用的功耗更低、计算功耗产生的热量更少。多核技术是处理器发展的必然。推动微处理器性能不断提高的因素主要有两个:半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展。半导体工艺技术的每一次进步都为微处理器体系结构的研究提出了新的问题,开辟了新的领域;体系结构的进展又在半导体工艺技术发展的基础上进一步提高了微处理器的性能。这两个因素是相互影响,相互促进的。一般说来,工艺和电路技术的发展使得处理器性能提高约20倍,体系结构的发展使得处理器性能提高约4倍,编译技术的发展使得处理器性能提高约1.4倍。但是今天,这种规律性的东西却很难维持。多核的出现是技术发展和应用需求的必然产物。 2发展历程 1971年,英特尔推出的全球第一颗通用型微处理器4004,由2300个晶体管构成。当时,公司的联合创始人之一戈登摩尔(Gordon Moore),就提出后来被业界奉为信条的“摩尔定律”——每过18个月,芯片上可以集成的晶体管数目将增加一倍。 在一块芯片上集成的晶体管数目越多,意味着运算速度即主频就更快。今天英特尔的奔腾(Pentium)四至尊版840处理器,晶体管数量已经增加至2.5亿个,相比当年的4004增加了10万倍。其主频也从最初的740kHz(每秒钟可进行74万次运算),增长到现在的3.9GHz(每秒钟运算39亿次)以上。 当然,CPU主频的提高,或许在一定程度上也要归功于1975年进入这个领域的AMD公司的挑战。正是这样的“双雄会”,使得众多计算机用户有机会享受不断上演的“速度与激情”。一些仍不满足的发烧友甚至选择了自己超频,因为在玩很多游戏时,更快的速度可以带来额外的饕餮享受。 但到了2005年,当主频接近4GHz时,英特尔和AMD发现,速度也会遇到自己的极限:那就是单纯的主频提升,已经无法明显提升系统整体性能。 以英特尔发布的采用NetBurst架构的奔腾四CPU为例,它包括Willamette、Northwood和Prescott等三种采用不同核心的产品。利用冗长的运算流水线,即增加每个时钟周期同时执行的运算个数,就达到较高的主频。这三种处理器的最高频率,分别达到了2.0G、3.4G和3.8G。 按照当时的预测,奔腾四在该架构下,最终可以把主频提高到10GHz。但由于流水线过长,使得单位频率效能低下,加上由于缓存的增加和漏电流控制不利造成功耗大幅度增加,3.6GHz奔腾四芯片在性能上反而还不如早些时推出的3.4GHz产品。所以,Prescott产品系列只达到3.8G,就戛然而止。 英特尔上海公司一位工程师在接受记者采访时表示,Netburst微架构的好处在于方便提升频率,可以让产品的主频非常高。但性能提升并不明显,频率提高50%,性能提升可能微不

国产CPU市场情况与发展趋势分析

目录 1 CPU概念阐述 2 指令集架构的代表 3 国内CPU产品简介 4 海光不中科曙光 5 重点公司投资机会分析

指令计数器 存储单元 指令地址 代码段 指令 控制单元 控制指令 数据段 操作数地址 数据 数据 指令寄存器 运算器 输入设备 输出设备 控制器 秳序 CPU 的概念及其工作原理 ? 中央处理器(CPU ),是电子计算机的运算核心和控制核心。 ? 功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。 ? 中央处理器主要包括运算器和高速缓冲存储器,及相关数据、总线。 ? 物理结构包括运算逡辑部件、寄存器部件和控制部件等。 操作命 数据 令 存储器 数据信号 控制信号 结果 反 控 馈 地 指 控 制 信 址 令 制 信 号 信 号 号 内存 请求信号 请求信号 CPU 运算单元 迕秳 指令1 指令2 指令3 … 指令n 数据1 数据2 … 数据m 中央处理器工作原理图

CISC 与RISC 对比 CPU 的两种指令集架构(x86 vs ARM ) ? 目前CPU 主要有两种指令集架构: ? 复杂指令集架构CISC (Complex Instruction Set Computer ):x86 ? 精简指令集架构RISC (Reduced Instruction Set Computer ):ARM 、MIPS 和RISC-V ? 为了使计算机的性能更快更稳定,人们对计算机指令系统的构造迕行了调整。最初,通过设 置一些功能复杂的指令,把原来软件的常用功能改用硬件的指令系统实现,以提高执行速度 ,即CISC 。另一种方法是尽量简化计算机指令功能,只保留那些功能简单的指令,而把较 复杂的功能用一段子秳序来实现,即 RISC 。 ? CISC 和RISC 是设计制造微处理器的两种典型技术,虽然都是在诸多因素中寻求平衡,以达 到高效的目的,但采叏的方法丌同导致二者在很多方面差异巨大。 CISC RISC 指令系统 丰富,有与用指令来完成特定的功能 对经常使用的指令设计得简单高效 存储器操作 指令多,操作直接 操作有陉制,控制简单化 秳序 编秳需要较大内存,实现特殊功能时秳序复杂,丌易设计 编秳相对简单,科孥计算及复杂操作的秳序设计相对容易,效率较高 CPU 包含丰富的电路单元,功能强、面积大、功耗大 包含较少的电路单元,面积小、功耗低 设计周期 微处理器结构复杂,设计周期长 微处理器结构简单,布局紧凑,设计周期短 用户使用 结构复杂,功能强大,实现特殊功能容易 结构简单,指令规整,性能容易把握,易孥易用 应用范围 适合亍与用机 适合亍通用机

计算机CPU发展历史及其最新技术1

计算机CPU发展历史及其最新技术 班级:计科1001班姓名:周标学号:20102139 一、计算机CPU的发展历史 从20世纪70年代开始,由于集成电路的大规模使用,把本来需要由数个独立单元构成的CPU集成为一块微小但功能空前强大的微处理器时。CPU才真正在电子计算机产业中得到广泛应用。 1971年,Intel公司推出了世界上第一台真正的微处理器4004。 1978年,Intel公司生产出16位的微处理器,称之为X86指令 1981年,8088芯片首次用于IBM的PC(个人电脑Personal Computer)机中,开创了全新的微机时代。也正是从8088开始,PC的概念开始在全世界范围内发展起来。 1990年,Intel公司推出的80386 SL和80386 DL都是低功耗、节能型芯片,主要用于便携机和节能型台式机。增加了一种新的工作方式:系统管理方式。当进入系统管理方式后,CPU 就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作,甚至停止运行,进入“休眠”状态,以达到节能目的。 Pentium(奔腾)微处理器于1993年三月推出,它集成了310万个晶体管。它使用多项技术来提高cpu性能,主要包括采用超标量结构,内置应用超级流水线技术的浮点运算器,增大片上的cache容量,采用内部奇偶效验一边检验内部处理错误等。 多能奔腾(Pentium MMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”,是在1996年底发布的。从多能奔腾开始,英特尔就对其生产的CPU开始锁倍频了,但是MMX的CPU超外频能力特别强,而且还可以通过提高核心电压来超倍频,所以那个时候超频是一个很时髦的行动。超频这个词语也是从那个时候开始流行的。 K5是AMD公司第一个独立生产的x86级CPU,发布时间在1996年。K5的性能非常一般,整数运算能力不如Cyrix的6x86,但是仍比Pentium略强,浮点运算能力远远比不上Pentium,但稍强于Cyrix。综合来看,K5属于实力比较平均的那一种产品。AMD1997年又推出了K6。K6这款CPU的设计指标是相当高的,它拥有全新的MMX指令以及64KB L1 Cache,整体性能要优于奔腾MMX,

现代仪器综述全解

现代仪器综述 学院: 专业: 班级: 姓名: 学号:

前言: 现代仪器仪表技术是一门集电子技术、单片机技术,自动化仪表、自动控制技术、计算机应用等于一体的跨学科的专业技术。自20世纪90年代初以来,这项技术已逐步引入到国内工科专业中的电子信息、通讯、自动化、计算机应用等信息类专业中。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展,测控仪器仪表的智能化、总线化、网络化发展已在各个相关行业呈现出广阔的发展前景,同时也日益成为工程界和科技界人士所关注的重要问题之一。因此,了解和熟悉现代智能仪器仪表的特点功能,发展趋向及其应用前景是十分重要和必要的。 一:现代仪器仪表概念 近些年来,随着微处理器和单片机的发展和广泛应用,出现了一种新型的专用仪器——现代智能仪器。这种仪器一微处理器或单片机为核心,具有信息采集、显示、处理、传输以及优化检测与控制等多种功能。有些甚至还具有专家推断、逻辑分析与决策的能力。智能仪器的出现,极大地扩充了常规仪器的应用范围。由于现代智能仪器一开始就显示它强大的生命力,目前已成为仪器仪表发展的一个主导方向。它的不断发展对自动控制、电子技术、国防工程、航天技术与科学实验等将产生极其深远的影响。现代智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器,拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。现代智能仪器的出现,极大地扩充了传统仪器的应用范围。现代智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势,迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。 二:现代仪器仪表的功能特点 随着微电子技术的不断发展,集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A转换器等在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即为主体,将计算机技术与测量控制技术结合在一起,又组成了所谓的“现代智能化测量控制系统”,也就是现代智能仪器。与传统仪器仪表相比,智现代能仪器具有以下功能特点: 1)操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭

多核处理器在计算方面的优势

面对飞速增长的流媒体信息和网络应用的全球化趋势,企业和消费者要求电脑处理器提供更多的便利,更明显的优势,采用多核处理器的x86服务器就是在这种背景下应运而生。目前,数据库、创作3D图像、同时运行多项任务、数学分析和网络服务等各种各样的应用,对计算性能的要求永无止境。如何在更好的性价比条件下,有效地满足现在与未来的需求,成为企业用户面临的必然选择。 双核处理器:计算技术发展的重要趋势 从技术层面来看,多核处理器,较之当前的单核处理器,能带来更多的性能和生产力优势,因而最终将成为一种广泛普及的计算模式。多核处理器还将在推动PC安全性和虚拟技术方面起到关键作用,虚拟技术的发展能够提供更好的保护、更高的资源使用率和更可观的商业运算市场价值。 向多核处理器的迈进是一个重要的技术发展趋势。双核处理器技术的引入是提高处理器性能另一个行之有效的方法。因为处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理器指令数的总量,因此增加一个内核,处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。在这里我们必须强调一点的是,如果你想让系统达到最大性能,你必须充分利用两个内核中的所有可执行单元:即让所有执行单元都有活可干! 当这些处理器面世时,它们将会立即对企业和消费者带来极大的便利。多核处理器可以通过为工作负担较重的场合——尤其是那些已经在使用多线程应用的场合?D?D提供显着提升的性能,促进服务器/工作站业务环境的发展。根据现有的计划,我们可以看到,一些国际领先的处理器厂商计划在2005年中国推出第一个面向服务器和工作站市场的双核处理器。届时,企业计算的x86服务器市场将全面进入双核时代,从而拉开了多核服务器全新应用时代的帷幕;而这个时代帷幕一旦拉开,将把X86服务器的应用提升到一个前所未有的高度,使客户在举足之间轻松提升性能,更加有效地运行应用,提高工作负担较重的应用,例如数据采集、数学分析和Web服务,提高更高的生产效率。 双核服务器:企业服务器的必由之路 计算机处理器的设计在近20年来以一个常速在不断进化发展。计算机持续向大众市场发展和扩散和我们提出的要求都在不断推动着向更强大的处理器前进的趋势。市场对更高性能处理器的要求与对更成熟的软件应用程序的需求紧密相关。例如,如今全球盛行的电子邮件,在十年以前只是一项限制性很强而且价格昂贵的技术。如今,软件应用程序,从帮助大型企业更好地管理和保护他们的关键业务数据和网络到允许家用PC机编辑家庭录像、处理数字照片和将下载音乐烧制成CD,几乎无所不在。

CPU的发展趋势

CPU的发展趋势 1. 技术发展趋势 (1)工艺的影响。在过去30多年的发展过程中,高性能微处理器基本上都是按照著名的摩尔定律在发展。根据世界半导体行业共同制订的2003年国际半导体技术发展路线图及其2004年更新,未来15年集成电路仍将按摩尔定律持续高速发展。预测到2010年,高性能CPU 芯片上可集成的晶体管数将超过20亿个(到2018年超过140亿个)[4]。半导体技术的这些进步,为处理器的设计者提供了更多的资源(无论是晶体管的数量和种类)来实现更高性能的芯片,从而有可能在单个芯片上创造更复杂和更灵活的系统。 随着晶体管集成度的越来越高、频率和计算速度的越来越快,芯片的功耗问题、晶体管的封装、芯片的蚀刻等越来越难以处理。这些因素使得摩尔定律本身的发展及其对处理器的影响发生了一些深刻的变化。 首先,根据上述的路线图,摩尔定律指出的发展趋势已经变缓,由原来的1.5年一代变为2-3年一代。除了技术本身的难度增加以外,集成电路生产线更新换代的成本越来越昂贵,生产厂家需要更多的时间来收回生产线成本也是一个重要原因。 其次,处理器主频正在和摩尔定律分道扬镳。摩尔定律本质上是晶体管的尺寸以及晶体管的翻转速度的变化的定律,但由于商业的原因,摩尔定律同时被赋予每1.5年主频提高一倍的含义[4,5,6]。事实

上过去每代微处理器主频是上代产品的两倍中,其中只有1.4倍来源于器件的按比例缩小,另外1.4倍来源于结构的优化,即流水级中逻辑门数目的减少。但目前的高主频处理器中,指令流水线的划分已经很细,很难再细分。例如,Pentium IV的20级流水线中有两级只进行数据的传输,没有进行任何有用的运算。另外,集成度的提高意味着线宽变窄,信号在片内传输单位距离所需的延迟也相应增大,连线延迟而不是晶体管翻转速度将越来越主导处理器的主频。功耗和散热问题也给进一步提高处理器主频设置了很大的障碍。因此,摩尔定律将恢复其作为关于晶体管尺寸及其翻转速度的本来面目,摩尔定律中关于处理器主频部分将逐渐失效。 此外,虽然集成度的提高为处理器的设计者提供了更多的资源来实现更高性能的芯片,但处理器复杂度的增加将大大增加设计周期和设计成本。 针对上述问题,芯片设计越来越强调结构的层次化、功能部件的模块化和分布化,即每个功能部件都相对地简单,部件内部尽可能保持通信的局部性。 (2)结构的影响。在计算机过去60年的发展历程中,工艺技术的发展和结构的进步相得益彰,推动着计算机功能和性能的不断提高。工艺技术的发展给结构的进步提供了基础,而结构的进步不仅给工艺技术的发展提供了用武之地,同时也是工艺技术发展的动力[3]。 在过去60年的发展历程中,计算机的体系结构每20年左右就出现一个较大突破,已经经历了一个由简单到复杂,由复杂到简单,又由简

CPU的发展历程

CPU的发展历程 CPU也称为微处理器,微处理器的历史可追溯到1971年,当时INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。它是用于计算器的4位微处理器,含有2300个晶体管。从此以后,INTEL便与微处理器结下了不解之缘。下面以INTEL公司的80X86系列为例介绍一下微处理器的发展历程。 1978和1979年,INTEL公司先后推出了8086和8088芯片,它们都是16位微处理器,内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线为20位,可使用1MB内存。它们的内部数据总线都是16位,外部数据总线8088是8位,8086是16位。1981年8088芯片首次用于IBMPC机中,开创了全新的微机时代。最早的i8086/8088是采用双列直插(DIP)形式封装,从i80286开始采用方形BGA扁平封装(焊接),从i80386开始到Pentiumpro开始采用方形PGA(插脚),1982年,INTEL推出了80286芯片,该芯片含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位,地址总线24位,可寻址16MB内存。80286有两种工作方式:实模式和保护模式。 1985年INTEL推出了80386芯片,它是80X86系列中的第一种32位微处理器,内含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz。其内部和外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,可寻址4GB内存。它除具有实模式和保护模式外,还增加了一种叫虚拟86的工作方式,可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。 除了标准的80386芯片(称为80386DX)外,出于不同的市场和应用考虑,INTEL 又陆续推出了一些其它类型的80386芯片:80386SX、80386SL、80386DL等。 1988年推出的80386SX是市场定位在80286和80386DX之间的一种芯片,其与80386DX的不同在于外部数据总线和地址总线皆与80286相同,分别是16位和24位(即寻址能力为16MB)。 1990年推出的80386SL和80386DL都是低功耗、节能型芯片,主要用于便携机和节能型台式机。80386SL与80386DL的不同在于前者是基于80386SX的,后者是基于80386DX的,但两者皆增加了一种新的工作方式:系统管理方式(SMM)。当进入系统管理方式后,CPU就自动降低运行速度、控制显示屏和硬盘等其它部件暂停工作,甚至停止运行,进入"休眠"状态,以达到节能目的。 1989年INTEL推出了80486芯片,这种芯片实破了100万个晶体管的的界限,集成了120万个晶体管。其时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内,并且在 80X86系列中首次采用了RISC技术,可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式,大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进,80486的性能比带有80387数学协处理器的80386DX提高了4倍。 80486和80386一样,也陆续出现了几种类型。上面介绍的最初类型是80486DX。

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