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中央处理器CPUCentral Processing Unit是一块超大规模的集成电路是一台的Core和 Control Unit主要包括ALUArithmetic Logic Unit和Cache及实现它们之间联系的Data控制及状态的Bus它与Memory和输入/输出I/O设备合称为三大核心部件英文名Central Processing Unit发行时间1971年厂&&&&商
CPU包括运算部件部件和控制部件等英文Logiccomponents运算逻辑部件可以执行定点或浮点算术运算操作移位操作以及逻辑操作也可执行地址运算和转换寄存器部件包括寄存器专用寄存器和控制寄存器 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间或最终的操作结果 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一英文Control unit控制部件主要是负责对并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制
其结构有两种一种是以微存储为核心的控制方式一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式
微存储中保持每一个微码对应于一个最基本的又称各条指令是由不同序列的微码组成这种微码序列构成微程序中央处理器在对指令以后即发出一定时序的按给定序列的顺序以微为节拍执行由这些微码确定的若干个即可完成某条指令的执行
简单指令是由3～5个组成复杂指令则要由几十个微甚至几百个微操作组成英文Processing instructions这是指控制程序中指令的执行顺序程序中的各指令之间是有严格顺序的必须严格按程序规定的顺序执行才能保证系统工作的正确性英文Perform an action一条指令的功能往往是由中的部件执行一系列的操作来实现的CPU要根据指令的功能产生相应的操作发给相应的部件从而控制这些部件按的要求进行动作英文Control time时间控制就是对各种操作实施时间上的定时在一条的执行过程中在什么时间做什么操作均应受到严格的控制只有这样才能有条不紊地工作即对数据进行算术运算和或进行其他的
其功能主要是解释以及处理中的 并执行指令在微型计算机中又称微处理器计算机的所有操作都受CPU控制CPU的性能指标直接决定了的性能指标CPU具有以下4个方面的基本功能处理提供系统运作原理可基本分为四个阶段FetchDecodeExecute和写回WritebackCPU从或中取出指令放入并对指令它把指令分解成一系列的然后发出各种控制命令执行微操作系列从而完成一条指令的执行指令是计算机规定执行操作的类型和的基本命令指令是由一个或者多个字节组成其中包括字段一个或多个有关的字段以及一些表征状态的状态字以及有的指令中也直接包含操作数本身第一阶段提取从或中检索指令为或一系列数值由程序Program Counter指定的位置(保存供识别程序位置的换言之记录了CPU在程序里的踪迹)CPU根据提取到的指令来决定其行为在阶段指令被拆解为有意义的片段根据CPU的ISA定义将解译为指令一部分的指令数值为运算码Opcode其指示要进行哪些运算其它的通常供给指令必要的信息诸如一个Addition的目标在提取和阶段之后紧接着进入执行阶段该阶段中连接到各种能够进行所需运算的CPU部件
例如要求一个运算ALUArithmetic Logic Unit将会连接到一组输入和一组输出输入提供了要相加的而输出将含有总和的结果ALU内含系统易于输出端完成简单的普通运算和比如和位元运算如果运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果在标志里可能会设置运算Arithmetic Overflow标志最终阶段写回以一定将执行阶段的结果简单的写回运算结果经常被写进CPU内部的以供随后指令快速存取在其它案例中运算结果可能写进速度较慢但较大且较便宜的主中某些类型的指令会操作而不直接产生结果这些一般称作跳转Jumps并在程式中带来循环行为条件性执行透过条件跳转和函式许多指令会改变标志的状态位元这些标志可用来影响程式行为缘由于它们时常显出各种运算结果例如以一个比较指令判断两个值大小根据比较结果在标志上设置一个这个标志可藉由随后跳转指令来决定程式动向在执行指令并写回结果之后值会递增反覆整个过程下一个正常的提取下一个顺序指令计算机的发展主要表现在其核心部件的发展上每当一款新型的微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一步优化存储器存取容量的不断增大存取速度的不断提高外围设备的不断改进以及新设备的不断出现等
根据微处理器的字长和功能可将其发展划分为以下几个阶段第1阶段19711973年是4位和8位低档时代通常称为第1代其典型产品是4004和Intel8008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
Intel在1969年为日本制造商Busicom的一项专案着手开发第一款为一系列可程式化计算机研发多款最终英特尔在日向全球市场推出4004微处理器当年处理器每颗售价为200美元4004 是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数目约为2300颗第2阶段19741977年是8位中高档微处理器时代通常称为第2代其典型产品是Intel公司公司的Z80等它们的特点是采用工艺集成度提高约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等控制功能软件方面除了汇编语言外还有BASICFORTRAN等高级语言和相应的解释程序和编译程序在后期还出现了操作系统
1974年Intel推出8080并作为个人电脑的运算核心Altair在星舰奇航电视影集中是企业号太空船的目的地电脑迷当时可用395美元买到一组Altair的套件它在数个月内卖出数万套成为史上第一款下订单后制造的机种数目约为6千颗第3阶段19781984年是16位微处理器时代通常称为第3代其典型产品是Intel公司的公司的M68000公司的Z8000等微处理器其特点是采用工艺集成度晶体管/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这一时期著名微机产品有IBM公司的个人计算机1981年公司推出的个人计算机采用8088CPU紧接着1982年又推出了扩展型的个人计算机它对内存进行了扩充并增加了一个硬磁盘驱动器
80286也被称为286是英特尔首款能执行所有旧款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在6年的销售期中估计全球各地共安装了1500万部286个人电脑处理器数目为13万4千颗1984年IBM公司推出了以80286处理器为核心组成的16位增强型个人计算机IBM PC/AT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第4阶段19851992年是微处理器时代又称为第4代其典型产品是Intel公司的公司的M等其特点是采用或工艺集成度高达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 SecondMIPS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同期其他一些微处理器生产厂商如AMDTEXAS等也推出了系列的芯片
80386DX的内部和外部数据总线是32位也是32位可以到4G
B内存并可以管理64TB的它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外还增加了一种虚拟86的工作方式可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力80386SX是Intel为了扩大市场份额而推出的一种较便宜的普及型CPU它的内部数据总线为32位外部数据总线为16位它可以接受为80286开发的16位输入/输出接口芯片降低整机成本80386SX推出后受到市场的的欢迎因为80386SX的性能大大优于80286而价格只是80386的三分之一Intel 80386 微处理器内含275,000 个比当初的4004多了100倍以上这款32位元处理器首次支持任务设计能同时执行多个程序Intel 80386晶体管数目约为27万5千颗
1989年我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出这款经过四年开发和3亿美元资金投入的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33MHz40MHz50MHz
80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内80486中集成的80487的数字是以前80387的两倍内部缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间并且在80x86系列中首次采用了RISC技术可以在一个内执行一条指令它还采用了突发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数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍第5阶段年是奔腾系列微处理器时代通常称为第5代典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6K7系列微处理器芯片内部采用了超标量指令流水线结构并具有相互独立的指令和数据高速缓存随着MMXMulti Media eXtended微处理器的出现使微机的发展在网络化多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶
1997年推出的Pentium II结合了Intel MMX技术能以极高的效率处理影片音效以及绘图资料首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封装内建了高速快取这款晶片让电脑使用者撷取编辑以及透过和亲友分享数位相片编辑与新增文字音乐或制作家庭电影的转场效果使用可视以及透过标准电话线与网际网络传送影片Intel Pentium II晶体管数目为750万颗
1999年推出的Pentium III加入70个新指令加入串流SIMD延伸集称为MMX能大幅提升先进3D串流音乐影片语音辨识等应用的性能它能大幅提升网际网络的使用经验让使用者能浏览逼真的线上博物馆与商店以及下载高品质影片Intel首次导入0.25微米技术Intel Pentium III数目约为950万颗
与此同年英特尔还发布了Pentium III 处理器作为Pentium II Xeon的后继者除了在内核架构上采纳全新设计以外也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集以更好执行多媒体流媒体应用软件除了面对企业级的市场以外Pentium III Xeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力在缓存速度与系统总线结构上也有很多进步很大程度提升了性能并为更好的多处理器协同工作进行了设计
2000年英特尔发布了Pentium 4处理器用户使用基于Pentium 4处理器的个人电脑可以创建专业品质的影片透过因特网传递电视品质的影像实时进行语音影像通讯实时3D渲染快速进行编码解码运算在连接因特网时运行多个多媒体软件
Pentium 4处理器集成了4200万个晶体管到了改进版的Pentium 4(Northwood)更是集成了5千5百万个晶体管并且开始采用0.18微米进行制造初始速度就达到了1.5GHz?
Pentium 4还提供的SSE2指令集这套指令集增加144个全新的指令在128bit压缩的数据在SSE时仅能以4个单精度浮点值的形式来处理而在SSE2指令集该资料能采用多种数据结构来处理
4个单精度浮点数(SSE)对应2个双精度浮点数(SSE2)对应16字节数(SSE2)对应8个字数(word)对应4个双字数(SSE2)对应2个四字数(SSE2)对应1个128位长的整数(SSE2)
2003年英特尔发布了Pentium M(mobile)处理器以往虽然有移动版本的Pentium IIIII甚至是Pentium 4-M产品但是这些产品仍然是基于台式电脑处理器的设计再增加一些节能管理的新特性而已即便如此Pentium III-M和Pentium 4-M的能耗远高于专门为移动运算设计的CPU例如全美达的处理器
英特尔Pentium M处理器结合了855芯片组家族与Intel PRO/Wireless2100网络联机技术成为英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的最重要组成部分Pentium M处理器可提供高达1.60GHz的主频速度并包含各种效能增强功能如最佳化电源的400MHz系统总线微处理作业的融合(Micro-OpsFusion)和专门的堆栈管理器(Dedicated Stack Manager)这些工具可以快速执行指令集并节省电力
2005年Intel推出的双核心处理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition同时推出945/955/965/975芯片组来支持新推出的双核心处理器采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA 775接口但处理器底部的贴片电容数目有所增加排列方式也有所不同
桌面平台的核心代号Smithfield的处理器正式命名为Pentium D处理器除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义
Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台Pentium D处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产Pentium D内核实际上由于两个独立的Prescott核心组成每个核心拥有独立的1MB L2缓存及执行单元两个核心加起来一共拥有2MB但由于处理器中的两个核心都拥有独立的缓存因此必须保证每个二级缓存当中的信息完全一致否则就会出现运算错误
为了解决这一问题Intel将两个核心之间的协调工作交给了外部的MCH芯片虽然缓存之间的数据传输与存储并不巨大但由于需要通过外部的MCH芯片进行协调处理毫无疑问的会对整个的处理速度带来一定的延迟从而影响到处理器整体性能的发挥
由于采用Prescott内核因此Pentium D也支持EM64T技术XD bit安全技术值得一提的是Pentium D处理器将不支持Hyper-Threading技术原因很明显在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流平衡运算任务并非易事比如如果应用程序需要两个运算线程很明显每个线程对应一个物理内核但如果有3个运算线程呢因此为了减少双核心Pentium D架构复杂性英特尔决定在针对主流市场的Pentium D中取消对Hyper-Threading技术的支持
同出自Intel之手而且Pentium D和Pentium Extreme Edition两款双核心处理器名字上的差别也预示着这两款处理器在规格上也不尽相同其中它们之间最大的不同就是对于超线程Hyper-Threading技术的支持Pentium D不支持超线程技术而Pentium Extreme Edition则没有这方面的限制在打开超线程技术的情况下双核心Pentium Extreme Edition处理器能够模拟出另外两个逻辑处理器可以被系统认成四核心系统
Pentium EE系列都采用三位数字的方式来形式是Pentium EE8xx或9xx例如Pentium EE840等等数字越大就表示规格越高或支持的特性越多
Pentium EE 8x0表示这是Smithfield核心每核心1MB800MHzFSB的产品其与Pentium D 8x0系列的唯一区别仅仅只是增加了对的支持除此之外其它的技术特性和参数都完全相同
Pentium EE 9x5表示这是Presler核心每核心2MB1066MHzFSB的产品其与Pentium D 9x0系列的区别只是增加了对的支持以及将提高到1066MHzFSB除此之外其它的技术特性和参数都完全相同
单核心的Pentium 4Pentium 4 EECeleron D以及双核心的Pentium D和Pentium EE等CPU采用LGA775封装与以前的Socket 478接口CPU不同LGA 775接口CPU的底部没有传统的针脚而代之以775个触点即并非针脚式而是触点式通过与对应的LGA 775插槽内的775根触针接触来传输信号LGA 775接口不仅能够有效提升处理器的信号强度提升处理器频率同时也可以提高处理器生产的良品率降低生产成本第6阶段2005年至今是系列微处理器时代通常称为第6代酷睿是一款领先节能的新型微架构设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效提高每瓦特性能也就是所谓的能效比早期的酷睿是基于笔记本处理器的 酷睿2英文名称为Core 2 Duo是英特尔在2006年推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称于日发布酷睿2是一个跨平台的构架体系包括服务器版桌面版移动版三大领域其中服务器版的开发代号为Woodcrest桌面版的开发代号为移动版的开发代号为Merom
酷睿2处理器的Core微架构是Intel的以色列设计团队在Yonah微架构基础之上改进而来的新一代英特尔架构最显著的变化在于在各个关键部分进行强化为了提高两个核心的内部数据交换效率采取共享式二级缓存设计2个核心共享高达4MB的二级缓存
继LGA775接口之后Intel首先推出了LGA1366平台定位高端旗舰系列首颗采用LGA 1366接口的处理器代号为Bloomfield采用经改良的Nehalem核心基于45纳米制程及原生四核心设计内建8-12MB三级缓存LGA1366平台再次引入了Intel超线程技术同时QPI总线技术取代了由Pentium 4时代沿用至今的前端总线设计最重要的是LGA1366平台是支持三通道内存设计的平台在实际的效能方面有了更大的提升这也是LGA1366旗舰平台与其他平台定位上的一个主要区别
作为高端旗舰的代表早期LGA1366接口的处理器主要包括45nm Bloomfield核心四核处理器随着Intel在2010年迈入32nm工艺制程高端旗舰的代表被酷睿i7-980X处理器取代全新的32nm工艺解决六核心技术拥有最强大的性能表现对于准备组建高端平台的用户而言LGA1366依然占据着高端市场酷睿i7-980X以及酷睿i7-950依旧是不错的选择
是一款基于Nehalem架构的四核处理器采用整合内存控制器模式L3达到8MB支持Turbo Boost等技术的新处理器电脑配置它和Core i7Bloomfield的主要区别在于总线不采用QPI采用的是成熟的DMIDirect Media Interface并且只支持双通道的DDR3内存结构上它用的是LGA1156 接口i5有睿频技术可以在一定情况下超频LGA1156接口的处理器涵盖了从入门到高端的不同用户32nm工艺制程带来了更低的功耗和更出色的性能主流级别的代表有酷睿i5-650/760中高端的代表有酷睿i7-870/870K等我们可以明显的看出Intel在产品命名上的定位区分但是整体来看中高端LGA1156处理器比低端入门更值得选购面对AMD的低价策略Intel酷睿i3系列处理器完全无法在性价比上与之匹敌而LGA1156中高端产品在性能上表现更加抢眼
可看作是的进一步精简版或阉割版将有32nm工艺版本研发代号为Clarkdale基于Westmere架构这种版本Core i3最大的特点是整合GPU图形处理器也就是说Core i3将由CPU+GPU两个核心封装而成由于整合的GPU性能有限用户想获得更好的3D性能可以外加显卡值得注意的是即使是显示核心部分的制作工艺仍会是45nmi3 i5 区别最大之处是 i3没有睿频技术代表有酷睿i3-530/540
2010年6月Intel再次发布革命性的处理器第二代Core i3/i5/i7第二代Core i3/i5/i7隶属于第二代智能酷睿家族全部基于全新的Sandy Bridge微架构相比第一代产品主要带来五点重要革新1采用全新32nm的微架构更低功耗更强性能2内置高性能GPU核芯显卡视频编码图形性能更强 3睿频加速技术2.0更智能更高效能4引入全新环形架构带来更高带宽与更低延迟5全新的AVXAES指令集加强浮点运算与加密解密运算
SNB(是英特尔在2011年初发布的新一代微架构这一构架的最大意义莫过于重新定义了的概念与处理器无缝融合的终结了的时代这一创举得益于全新的32nm制造工艺由于Sandy Bridge 构架下的处理器采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺理论上实现了CPU功耗的进一步降低及其尺寸和性能的显著优化这就为将整合图形核心核芯显卡与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件此外
第二代酷睿还加入了全新的视频处理单元视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的由于高清视频处理单元的加入新一代的视频处理时间比老款处理器至少提升了30%新一代Sandy Bridge处理器采用全新LGA1155接口设计并且无法与接口兼容是将取代的一种新的微架构不过仍将采用32nm工艺制程比较吸引人的一点是这次Intel不再是将CPU核心与GPU核心用胶水粘在一起而是将两者真正做到了一个核心里
在日下午北京天文馆intel正式发布了IVB22nm Ivy Bridge会将执行单元的数量翻一番达到最多24个自然会带来性能上的进一步跃进Ivy Bridge会加入对DX11的支持的另外新加入的XHCI USB 3.0控制器则共享其中四条通道从而提供最多四个USB 3.0从而支持原生cpu的制作采用3D晶体管技术CPU耗电量会减少一半采用22nm工艺制程的Ivy Bridge架构产品将延续LGA1155平台的寿命因此对于打算购买LGA1155平台的用户来说起码一年之内不用担心接口升级的问题了　　　　日intel 发表四代CPUHaswell第四世代CPU脚位(CPU接槽)称为Intel LGA1150主机板名称为Z87H87Q87等8系列晶片组Z87为超频玩家及高阶客群H87为中低阶一般等级Q87为企业用Haswell CPU 将会用于笔记型电脑桌上型CEO套装电脑以及 DIY零组件CPU陆续替换现行的第三世代Ivy Bridge计算机的性能在很大程度上由的性能决定而CPU的性能主要体现在其运行程序的速度上影响运行速度的性能指标包括CPU的工作频率Cache容量指令系统和逻辑结构等参数主频也叫单位是兆赫或千兆赫用来表示CPU的运算处理数据的速度通常主频越高CPU处理数据的速度就越快
CPU的主频=×主频和实际的运算速度存在一定的关系但并不是一个简单的线性关系　所以CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的主频表示在CPU内数字震荡的速度在Intel的产品中也可以看到这样的例子1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz/Opteron一样快或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快CPU的运算速度还要看CPU的流水线总线等各方面的性能指标是CPU的基准频率单位是MHzCPU的外频决定着整块的运行速度通俗地说在中所说的都是超CPU的外频当然一般情况下CPU的倍频都是被锁住的相信这点是很好理解的但对于来讲超频是绝对不允许的前面说到CPU决定着主板的运行速度两者是同步运行的如果把服务器CPU超频了改变了会产生异步运行台式机很多主板都支持异步运行这样会造成整个的不稳定
绝大部分中与主板不是同步速度的而外频与前端总线FSB频率又很容易被混为一谈前端总线FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线前端总线FSB频率即是直接影响CPU与内存直接数据交换速度有一条公式可以计算即数据=总线频率×数据/8数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率比方支持64位的至强Nocona前端总线是800MHz按照公式它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒
外频与前端总线FSB频率的区别前端总线的速度指的是数据传输的速度外频是CPU与主板之间同步运行的速度也就是说100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s倍频系数是指与外频之间的相对比例关系在相同的外频下倍频越高CPU的频率也越高但实际上在相同外频的前提下高倍频的CPU本身意义并不大这是因为CPU与系统之间是有限的一味追求高主频而得到高倍频的CPU就会出现明显的效应－CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的少量的如Intel核心的E6500K和一些至尊版的CPU不锁倍频而之前都没有锁AMD推出了黑盒版CPU即不锁倍频版本用户可以自由调节倍频调节倍频的超频方式比调节外频稳定得多也是CPU的重要指标之一而且缓存的结构和大小对速度的影响非常大CPU内缓存的运行频率极高一般是和同频运作远远大于和硬盘实际工作时CPU往往需要重复读取同样的而缓存的增大可以大幅度提升CPU内部读取数据的而不用再到内存或者硬盘上寻找以此提高系统性能但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑缓存都很小
L1　Cache(是CPU第一层高速缓存分为和内置的的和结构对CPU的性能影响较大不过均由静态RAM组成结构较复杂在CPU管芯面积不能太大的情况下L1级高速缓存的容量不可能做得太大一般服务器CPU的的通常在32－256KB
L2　Cache是CPU的第二层高速缓存分内部和外部两种芯片内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同而外部的二级缓存则只有主频的一半L2高速缓存也会影响CPU的性能原则是越大越好以前家庭用CPU容量最大的是512KB中也可以达到2M而服务器和上用CPU的L2高速缓存更高可以达到8M以上
L3　Cache(分为两种早期的是外置同时提升量计算时的性能降低内存延迟和提升量计算能力对游戏都很有帮助而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升比方具有较大L3缓存的配置利用会更有效故它比较慢的I/O子系统可以处理更多的请求具有较大L3缓存的提供更有效的缓存行为及较短消息和处理器队列长度
其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III上当时的L3缓存受限于并没有被集成进芯片内部而是集成在主板上在只能够和同步的L3缓存同主内存其实差不了多少后来使用L3缓存的是为服务器市场所推出的Itanium接着就是P4EE和至强MPIntel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2和以后24MB L3缓存的Itanium2处理器
但基本上L3缓存对的性能提高显得不是很重要比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手由此可见前端总线的增加要比缓存增加带来更有效的性能提升制造工艺的微米是指IC内与电路之间的距离制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展密度愈高的IC设计意味着在同样大小面积的IC中可以拥有密度更高功能更复杂的电路设计主要的180nm130nm90nm65nm22nmintel已经于2010年发布的制造工艺的//系列并于2012年4月发布了22纳米酷睿i3/i5/i7系列并且已有14nm产品的计划据新闻报道14nm将于2013年下半年在笔记本处理器首发而则表示自己的产品将会直接跳过32nm工艺2010年第三季度生产少许32nm产品如OrochiLlano于2011年中期初发布28nm的产品APUAPU已在日正式发布工艺仍然32nm28nm工艺代号Kaveri反复推迟2013年上市的28nm的Apu仅有平板与笔记本低端处理器代号Kabini而且鲜为人知市场反应平常据可靠消息2014年上半年可能有28nm的台式Apu发布其gpu将采用GCN架构与高端A卡同架构CPU依靠指令来自计算和控制系统每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件相配合的指令的强弱也是CPU的重要指标指令集是提高微处理器的最有效工具之一
从现阶段的主流讲可分为和两部分指令集共有四个种类而从具体运用看如Intel的MMXMulti Media Extended此为AMD猜测的全称Intel并没有说明词源Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2系列和AMD的3DNow等都是CPU的分别增强了CPU的图形图象和Internet等的处理能力
通常会把CPU的指令集称为CPU的指令集也是规模最小的指令集此前MMX包含有57条命令SSE包含有50条命令SSE2包含有144条命令SSE3包含有13条命令
从586CPU开始CPU的工作分为内核电压和I/O电压两种通常CPU的小于等于I/O电压其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定一般制作工艺越小内核工作电压越低I/O电压一般都在1.6~5V低电压能解决耗电过大和发热过高的问题CISC指令集也称为复杂指令集英文名是CISCComplex Instruction Set Computer的缩写在CISC中的各条指令是按顺序串行执行的每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的的优点是控制简单但各部分的利用率不高执行速度慢其实它是英特尔生产的x86系列也就是IA-32架构CPU及其兼容CPU如AMDVIA的即使是新起的也说成AMD64都是属于CISC的范畴
要知道什么是还要从当今的X86架构的CPU说起X86是Intel为其第一块16位CPU(i8086专门开发的IBM1981年推出的世界第一台PC机中的CPU－i简化版使用的也是X86指令同时电脑中为提高能力而增加了X87芯片以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集
虽然随着CPU技术的不断发展Intel陆续研制出更新型的i8直到过去的PII至强PIII至强Pentium 3Pentium 4系列最后到今天的系列至强不包括至强Nocona但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类以保护和继承丰富的资源所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86所以它的CPU仍属于X86系列由于Intel X86系列及其兼容CPU如AMD Athlon MP都使用X86所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容x86CPU主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类RISC是英文Reduced Instruction Set Computing 的缩写中文意思是他是由John Cocke约翰·科克提出的John Cocke在IBM公司从事的第一个项目是研究Stretch世界上第一个超级计算机型号他很快成为大型机专家1974年Cocke和他领导的研究小组开始尝试研发每秒能够处理300线呼叫的电话交换为了实现这个目标他不得不寻找一种办法来提高交换系统已有架构的交换率1975年John Cocke研究了IBM370 CISCComplex Instruction Set Computing复杂指令集计算系统对CISC机进行测试表明各种指令的使用频度相当悬殊最常使用的是一些比较简单的指令它们仅占指令总数的20%但在程序中出现的频度却占80%复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性使处理器的研制时间长成本高并且复杂指令需要复杂的操作必然会降低的速度基于上述原因20世纪80年代RISC型CPU诞生了相对于CISC型CPU,RISC型CPU不仅精简了指令系统还采用了一种叫做和结构大大增加了能力RISC指令集是高性能CPU的发展方向它与传统的CISC复杂指令集相对相比而言RISC的统一种类比较少也比复杂指令集少当然处理速度就提高很多了在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPURISC指令系统更加适合高档服务器的Windows 7Linux也属于类似Windows OS(UNIX)的操作系统RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容
在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有以下几类PowerPCPA-RISC处理器Alpha处理器EPICExplicitly Parallel Instruction Computers精确并行指令是否是RISC和CISC体系的继承者的争论已经有很多单以EPIC体系来说它更像Intel的迈向RISC体系的重要步骤从理论上说EPIC体系设计的CPU在相同的主机配置下处理Windows的比基于Unix下的应用软件要好得多
Intel采用EPIC技术的服务器CPU是Itanium开发代号即Merced它是86位处理器也是IA－64系列中的第一款也已开发了代号为Win64的操作系统在软件上加以支持在Intel采用了X86之后它又转而寻求更先进的86-bitIntel这样做的原因是它们想摆脱巨大的x86架构从而引入精力充沛而又功能强大的指令集于是采用EPIC指令集的IA-64(x92)架构便诞生了IA-64 (x92)在很多方面来说都比x86有了长足的进步突破了传统IA32架构的许多限制在数据的处理能力系统的稳定性安全性可用性可观理性等方面获得了突破性的提高
IA-64最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容而Intel为了IA-64处理器能够更好地运行两个朝代的软件它在IA-64处理器上ItaniumItanium2 ……引入了x86-to-IA-64的这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令这个解码器并不是最有效率的解码器也不是运行x86代码的最好途径最好的途径是直接在x86上运行x86代码因此Itanium 和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕这也成为X86-64产生的根本原因在解释超流水线与超标量前先了解流水线Pipeline流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的流水线的工作方式就象上的装配流水线在CPU中由5－6个不同功能的单元组成一条指令处理流水线然后将一条X86指令分成5－6步后再由这些电路单元分别执行这样就能实现在一个完成一条指令因此提高CPU的运算速度经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水即执行写回结果流水又分为八级流水是通过内置多条流水线来同时执行多个其实质是以空间换取时间而是通过细化流水提高主频使得在一个内完成一个甚至多个操作其实质是以时间换取空间例如Pentium 4的流水线就长达20级将流水线设计的步级越长其完成一条指令的速度越快因此才能适应工作主频更高的CPU但是流水线过长也带来了一定副作用很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象Intel的就出现了这种情况虽然它的主频可以高达1.4G以上但其运算性能却远远比不上AMD 1.2G的甚至奔腾III
是采用特定的材料将CPU芯片或CPU固化在其中以防损坏的保护措施一般必须在封装后CPU才能交付用户使用CPU的取决于CPU安装形式和器件集成设计从大的分类来看通常采用Socket进行安装的CPU使用PGA栅格阵列方式封装而采用Slot x槽安装的CPU则全部采用SEC单边接插盒的形式封装还有PLGA(Plastic Land Grid ArrayOLGA(Organic Land Grid Array等由于市场竞争日益激烈的发展方向以节约成本为主同时多Simultaneous Multithreading简称SMT可通过复制上的结构状态让同一个处理器上的多个执行并共享处理器的执行资源可最大限度地实现宽发射乱序的处理提高处理器运算部件的利用率缓和由于数据相关或Cache未命中带来的访问内存延时当没有多个线程可用时SMT几乎和传统的宽发射处理器一样SMT最具吸引力的是只需小规模改变的设计几乎不用增加额外的成本就可以显著地提升效能则可以为高速的运算核心准备更多的待处理数据减少运算核心的闲置时间这对于低端系统来说无疑十分具有吸引力Intel从3.06GHz Pentium 4开始部分将支持SMT技术也指Chip Multiprocessors简称CMPCMP是由提出的其思想是将大规模并行处理器中的SMP对称多处理器集成到同一芯片内各个处理器不同的进程这种依靠多个CPU同时并行地运行程序是实现超高速计算的一个重要方向称为并行处理与CMP比较SMP结构的灵活性比较突出但是当工艺进入0.18微米以后线延时已经超过了门延迟要求的设计通过划分许多规模更小局部性更好的结构来进行相比之下由于CMP结构已经被划分成多个核来设计每个核都比较简单有利于优化设计因此更有发展前途IBM 的Power 4芯片和Sun的MAJC5200芯片都采用了CMP结构可以在处理器内部共享缓存提高缓存利用率同时简化多处理器系统设计的复杂度但这并不是说明核心越多性能越高比如说16核的CPU就没有8核的CPU运算速度快因为核心太多而不能合理进行分配所以导致运算速度减慢在买电脑时请酌情选择2005年下半年Intel和AMD的新型也将融入CMP结构新开发代码为Montecito采用设计拥有最少18MB片内缓存采取90nm工艺制造它的每个单独的核心都拥有独立的L1L2和L3 cache包含大约10亿支SMPSymmetric Multi-Processing的简称是指在一个计算机上汇集了一组多CPU各CPU之间子系统以及在这种技术的支持下一个可以同时运行多个并共享内存和其他的资源像双至强也就是所说的二路这是在对称系统中最常见的一种至强MP可以支持到四路AMD Opteron可以支持1-8路也有少数是16路的但是一般来讲SMP结构的机器可扩展性较差很难做到100个以上多常规的一般是8个到16个不过这对于多数的用户来说已经够用了在高性能服务器和工作站级主板架构中最为常见像可支持最多256个CPU的系统
构建一套SMP系统的必要条件是支持SMP的硬件包括主板和CPU支持SMP的系统平台再就是支持SMP的应用软件为了能够使得SMP系统发挥高效的性能操作系统必须支持SMP系统如WINNTLINUX以及UNIX等等32位操作系统即能够进行多任务和多线程处理多任务是指操作系统能够在同一时间让不同的CPU完成不同的任务多线程是指操作系统能够使得不同的CPU并行的完成同一个任务
要组建SMP系统对所选的CPU有很高的要求首先CPU内部必须内置APICAdvanced Programmable Interrupt Controllers单元Intel 多处理规范的核心就是高级Advanced Programmable Interrupt Controllers–APICs的使用再次相同的产品型号同样类型的CPU核心完全相同的运行频率最后尽可能保持相同的产品序列编号因为两个生产批次的CPU作为双运行的时候有可能会发生一颗CPU负担过高而另一颗负担很少的情况无法发挥最大性能更糟糕的是可能导致死机NUMA即非一致访问分布共享存储技术它是由若干通过高速连接起来的独立构成的系统各个节点可以是单个的CPU或是SMP系统在NUMA中Cache 的一致性有多种解决方案一般采用硬件技术实现对cache的一致性维护通常需要操作系统针对NUMA访存不一致的特性本地内存和远端内存访存延迟和带宽的不同进行特殊优化以提高效率或采用特殊软件编程方法提高效率NUMA系统的例子这里有3个SMP模块用高速专用网络联起来组成一个每个节点可以有12个CPU像Sequent的系统最多可以达到64个CPU甚至256个CPU显然这是在SMP的基础上再用NUMA的技术加以扩展是这两种技术的结合乱序执行out-of-orderexecution是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应单元处理的技术这样将根据个单元的状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后将能提前执行的指令立即发送给相应电路单元执行在这期间不按规定指令然后由重新排列单元将各执行单元结果按指令顺序重新排列采用的目的是为了使CPU内部满负荷运转并相应提高了CPU的运行程序的速度branch指令进行运算时需要等待结果一般无条件分枝只需要按指令而条件分枝必须根据处理后的结果再决定是否按原先顺序进行许多应用程序拥有更为复杂的读取模式几乎是随机地特别是当cache hit不可预测的时候并且没有有效地利用带宽典型的这类应用程序就是业务处理软件即使拥有如乱序执行out of order execution这样的CPU特性也会受内存延迟的限制这样CPU必须得等到运算所需数据被除数装载完成才能执行指令无论这些数据来自CPU cache还是主内存系统当前低段系统的内存延迟大约是120－150ns而CPU速度则达到了4GHz以上一次单独的内存请求可能会浪费200－300次CPU循环即使在cache hit rate达到99.9%的情况下CPU也可能会花50%的时间来等待内存请求的结束－比如因为内存延迟的缘故
在内部使得将变得不那么重要改变了处理器访问的方式有助于提高带宽降低内存延时和提升处理器性制造工艺Intel的I5可以达到28纳米在将来的可以达到22纳米如果玩游戏的话个人认为四核也是必要的因为按照60%并行计算的话双核加速比例约1.6倍而四核至少能有2.2倍永远不可能达到4倍除非你的游戏不需要显卡而且只是和国际象棋一样 这样算下来只要是支持四核的游戏四核还是比双核有优势的看编号
这个方法对Intel和AMD的处理器同样有效每一颗正品盒装处理器都有一个唯一的编号在产品的包装盒上的和处理器表面都会标明这个编号这个编号相当于手机的如果你购买了处理器后发现这两个编号是不一样的那就可以肯定你买的这个产品是被不法商人掉包过的了
不法商人利用包装偷龙转凤是比较常用的手法主要是出现在的CPU上Intel盒装处理器与散包处理器的区别就在于三年质保价格方面相差几十到上百元不等当然AMD盒装也是假货充斥尤其以闪龙2500+与E6 3000+为多由于不法商人的工艺制作水平有限虽然假包装已经成为一个小规模的产业但在包装盒的印刷制作上还是不可能达到正品包装盒的标准因此我们可以从包装盒的印刷等方面入手识别真假
以的包装盒为例没有拆封过的贴有一张标贴如果没有这张标贴那肯定是而这张标贴也是鉴别包装盒真伪的一个切入点从图中可以看到正品的标贴通过机器刻上了十字形的割痕在撕开后这张标贴就会损坏而作废而假的包装盒上面也有这张标贴也同样有这个十字形的割痕不过请注意正品的十字形割痕中间并没有连在一起而且割痕的长短深度都非常均匀而假货的标贴往往是制假者自己用刀片割上去的如果消费者发现这个十字形的割痕长短不一而且中间连在一起那就可以肯定这是被人动过手脚的了
另外由于这个方法的鉴别非常简单一些不法商人就通过在包装盒上贴上新的编号鱼目混珠鉴别真假的编号也要从印刷上来分辨正规产品的编号条形码采用的是点阵喷码字迹清晰而且能够清楚的看到数字是由一个个点组成而假冒的条形码是用普遍印刷的字迹较模糊且有粘连感另外所采用的字体也不尽相同如果发现这个条形码的印刷太差字迹模糊最好就不要购买了
这个方法主要还是针对Intel处理器打开CPU的包装后可以查看原装的风扇正中的真的Intel盒包CPU防伪标签为立体式防伪除了底层图案会有变化外还会出现立体的Intel标志而假的盒包CPU其防伪标识只有底层图案的变化没有Intel的标志
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