處理器架構

處理器架構

CPU架構是CPU廠商給屬於同一系列的CPU產品定的一個規範,主要目的是為了區分不同類型CPU的重要標示。目前市面上的CPU分類主要分有兩大陣營,一個是intel、AMD為首的複雜指令集CPU,另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。兩個不同品牌的CPU,其產品的架構也不相同,例如,Intel、AMD的CPU是X86架構的,而IBM公司的CPU是PowerPC架構,ARM公司是ARM架構。

基本介紹

  • 中文名:處理器架構
  • 外文名:Processor architecture
  • 拼音:chu li qi jia gou
  • 類型:CPU產品定的一個規範
  • 主要目的:區分不同CPU的重要指標
  • 陣營數目:2
基本概念,總體架構,發展簡述,圖書名稱,基本信息,內容簡介,圖書目錄,

基本概念

總體架構

Core架構的Merom處理器確實性能強勁。在多項測試中,頻率2GHz的T7200能戰勝頻率2.33GHz的T2700就是最好的證明。但是您同時也注意到了,在移動平台Merom雖然性能強勁,但並沒有給您帶來太大的驚喜。雖然勝過Yonah,但幅度都不大,而且在一些測試項中,頻率稍低的T7200也是輸給了T2700的。因此可能在移動平台Core微架構的優勢不像桌面平台那樣出彩——一顆頻率最低的E6300也可以全殲高頻率的Pentium D。究其原因就是Yonah本身就比較優秀,而不像NetBurst那樣失敗,況且Core微架構本身就是在Yonah微架構改進而來,成績不會形成太大的反差也在情理之中。
Core微架構是Intel的以色列設計團隊在Yonah微架構基礎之上改進而來的新一代微架構。最顯著的變化在於在各個關鍵部分進行強化。為了提高兩個核心的內部數據交換效率採取共享式二級快取設計,2個核心共享高達4MB的二級快取。其核心採用較短的14級有效流水線設計,每個核心都內建32KB一級指令快取與32KB一級數據快取,2個核心的一級數據快取之間可以直接傳輸數據。每個核心內建4組指令解碼單元,支持微指令融合與宏指令融合技術,每個時鐘周期最多可以解碼5條X86指令,並擁有改進的分支預測功能。每個核心內建5個執行單元子系統,執行效率頗高。加入對EM64T與SSE4指令集的支持。由於對EM64T的支持使得其可以擁有更大的記憶體定址空間,彌補了Yonah的不足,在新一代記憶體消耗大戶——Vista作業系統普及之後,這個優點可以使得Core微架構擁有更長的生命周期。而且使用了Intel最新的五大提升效能和降低功耗的新技術,包括:具有更好的電源管理功能;支持硬體虛擬化技術和硬體防病毒功能;內建數字溫度感測器;提供功率報告和溫度報告等。尤其是這些節能技術的採用對於移動平台意義尤為重大。
另外 酷睿支持64位
基於Core架構處理器面對不同消費群族,Core處理器出現了小小的分工,專門面對台式機使用的Conroe,筆記本使用Merom,伺服器使用WoodCrest,這三款處理器全部基於Core核心架構。
英特爾處理器包括Core系列桌面型、移動型,以及Xeon處理器,甚至嵌入式處理器,全都將相繼進入32納米製程,逐漸代替了現今的45納米製程。 隨著CES腳步接近,英特爾已透露將在CES上發表多款Core i3、i5桌上型與筆記型處理器,包括筆電的Arrandale與桌電Clarkdale相繼採用32納米製程,強調更小的體積與功耗設計。2009年12月23日英特爾揭露,2010年第一季將推出的嵌入式Xeon處理器也將採用新製程。 09底開始投產的32納米製程,相較於2008年底的45納米製程,採用了第二代high-k金屬閘極電晶體與浸潤式微影技術( immersion lithography),強化對處理器內部用電控管,也比45納米製程尺寸小30%,簡化系統設計。根據英特爾的藍圖,2010第一季將針對嵌入式市場推出32納米製程,代號為Jasper Forest的嵌入式Xeon處理器,比採用舊製程處理器高出30%到70%的每瓦效能,支持PCI 2.0及I/O虛擬化能力。而企業用的伺服器Xeon處理器,隨著2010年桌上型處理器Clarkdale的推出,與高階桌上型市場關係密切的入門級Xeon 3000處理器也會在2009年進入32納米新製程。
至於2009年採用Nehalem-EP架構的Xeon 5000,雖然一樣採用Nehalem架構,但將在2010年上半年開始採用32納米新製程,推出Westmere-EP處理器。而原來提供6核心的Xeon 7000處理器也會在2010上半年推出最多8核心的Nehalem-EX,在2010下半年同樣進入新製程的Westmere-EX。
除了嵌入式系統、伺服器、筆電與桌上型相繼進入新製程後,目前就只剩下低功耗設計的Atom處理器尚未進入,仍採用45納米製程。
相較於英特爾在2010年進入新製程,AMD則是要到2011年開始進入32納米製程,屆時將採用新的Bulldozer核心架構設計,包括效能級12至16核心的Interlagos,以及強調能源效益6至8核心的Valencia。
8核心的CPU 現在不可能對應現在的主機板所以不可能大張旗鼓的宣傳, 最便宜的8核CPU應該是SONY PS3的CELL, 擁有8個核心浮點性能是酷睿雙核的N多倍,而現在4核心都沒有普及, AMD INTEL是不會著急大量生產他們的8核CPU的,可以說現在的INTEL 4核心只是把2個酷睿核心封裝在一個核心裏面, 2個核心之間並沒用直接通信, AMD倒是出了真4核,只是現在賣的不好還不能成為主流。總結一下5年之後4核心基本可以替換現在的雙核成為主流,而8核心甚至16核心CPU將會成為那時候的高端產品!

發展簡述

1、X86
雖然上面說了按處理器架構分的話,目前就術語本身來說主要有四種說法,即IA-32、IA-64、x86-32、x86-64,但是其實它們分屬於兩類,IA-32、x86-32都屬於x86,即英特爾的32位x86架構,x86-64是AMD在其最新的Athlon 64處理器系列中採用的新架構,但這一處理器基礎架構還是IA-32(因英特爾的x86架構並未申請專利保護,所以絕大多數處理器廠商為了保持與Intel的主流處理器兼容,都不得不採用這一x86架構),只是在此架構基礎之上作了一些擴展,以支持64位程式的套用,進一步提高處理器的運算性能。x86-64相比Intel的64位伺服器處理器產品Itanium和 Itanium 2系列處理器產品來說最大的優點就是可以全面兼容以前的32位x86架構的應用程式,以保護用戶以前的投資;而Intel的Itanium和Itanium 2系列處理器需要另外通過軟體或硬體來實現對以前32位程式的兼容。
正因如此,以後我們看到諸如IA-32、x86-32、x86-64要清楚,其實它們都是一類型的,都屬於x86架構的。如Intel的32位伺服器Xeon(至強)處理器系列、AMD的全系列,還有VIA的全系列處理器產品都屬於x86架構的。
2、IA64
IA-64架構是英特爾為了全面提高以前IA-32位處理器的運算性能,是Intel和Hp共同開發了6年的64位CPU架構,是專為伺服器市場開發的一種全新的處理器架構,它放棄了以前的x86架構,認為它嚴重阻礙了處理器的性能提高。它的最初套用是英特爾的Itanium(安騰)系列伺服器處理器,2009年最新的Itanium 2系列處理器也是採用這一架構的。由於它不能很好地解決與以前32位應用程式的兼容,所以套用受到較大的限制,儘管目前Intel採取了各種軟、硬方法來彌補這一不足,但隨著AMD Operon處理器的全面投入,Intel的IA-64架構的這兩款處理器前景不容樂觀。
3、RISC
除了以上所介紹的兩類IA架構的伺服器處理器外,還有一種主流的處理器架構,也可稱之為“RISC”(其實它是一種按處理器指令執行方式劃分的類型)。採用這一架構的仍是IBM、SUN和HP等。不過近幾年由於這一處理器架構標準沒有完全統一、處理器的發展和套用非常緩慢,使得原來本占有的絕大多數中高檔伺服器市場被IA架構瓜分了大部分江山,已是日趨衰落。目前連這幾家伺服器廠商也開始了自己放棄,轉投IA旗下,推出越來越多的IA架構伺服器,以保生存。
目前採用這一架構的主要伺服器處理器有IBM的Power4、Compaq Alpha213 64、HP PA-8X00、Sun的UltraSPARC III、SGI的MIPS 64 20Kc等。
4、Intel
簡介
Intel 常見伺服器CPU分類。處理器技術發展真是日新月異,上一代產品還沒被大家分清,馬上就要被下一代產品替代了。在這裡根據個人的一些了解,幫大家做個劃分。
一,Xeon(至強)
目前全部Intel IA架構的雙路,四路伺服器,全部在採用Xeon(至強)CPU,它是基於X86架構的一種伺服器專用的CPU 。早期的處理器名稱是以數字來表示,並以“86”作為結尾,包括Intel 8086、80186、80286、80386、80486、80586、奔騰系列等等,因此其架構被稱為“x86”,至今全部Xeon,包括雙核、四核的,全部是基於X86架構的產品。
二,Itanium(安騰)
安騰處理器也常被稱為IA-64位處理器,是Intel公司面向最頂級的高端套用開發一款純64位處理器產品,具有64位定址能力和64位寬的暫存器,它所具備的一系列特性,如EPIC指令等,都是為要求最苛刻的計算及企業級需求而設計的。對於最苛求性能的企業或者需要高性能運算功能支持的套用(包括電子交易安全處理、超大型資料庫、電腦輔助機械引擎、尖端科學運算等)而言,Itanium處理器很好的滿足了用戶的要求。
Intel 伺服器處理器列表
系列
Xeon3000
Xeon3200
Xeon3300
Xeon5000
Xeon5100
Xeon5300
Xeon5200
Xeon5400
Xeon7100
Xeon7300
Itanium9000
Itanium9100
CPU代號
?
?
?
Dempsey
Woodcrest
Clovertown
Wolfdale-DP
Harpertown
Tulsa
Tigerton
Montecito
Montvale
製造工藝
65nm
65nm
45nm
65nm
65nm
65nm
45nm
45nm
65nm
65nm
90nm
90nm
指令集
X86
X86
X86
X86
X86
X86
X86
X86
X86
X86
EPIC
EPIC
酷睿微架構
×
×
×
×
系統最大處理器數量
1
1
1
2
2
2
2
2
32
32
512
512
主頻(GHz)
1.86/2.13/
2.33/2.4/
2.66/3.0
2.13/2.4/
2.66
2.5/2.83/
3.0
2.67/3.0/
3.2/3.73
1.6/1.86/
2.0/2.33/
2.66/3.0
1.6/1.86/
2.0/2.33/
2.66/3.0
1.86/3.4/
3.33
2.0/2.33/
2.5/2.66/
2.8/2.83/
3.0/3.16/
3.2
2.5/2.6/
3.0/3.16/
3.2/3.33/
3.4/3.5
1.6/1.86/
2.13/2.4/
2.93
1.4/1.42/
1.6
1.42/1.6/
1.66
二級快取(MB)
2/4
8
6/12
4
4
8
6
12
2*1
8
?
?
三級快取(MB Technorati 標籤: 處理器,CPU
)
54234
56456
564646
768678
978978
978978
87987
980898
4/8/16
8797
6/8/12/18/24
8/12/18/24
前端匯流排(MHZ)
1066/
1333
1066
1333
667/
1066
1066/
1333
1066/
1333
1066/
1333/
1600
1333/
1600
667/800
1066
400/533
400/533/667
功耗(W)
65
95
95
95/130
40/65/80
50/80/120
65/80
80/120/150
95/150
80/130
75/104
75/104
雙核
?
?
?
?
?
四核
?
?
?
?
?
?
?
超執行緒
×
×
×
×
×
×
×
×
64位運算
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
EM64T
純64位
純64位
三,處理器點評
1,首先看單路處理器,包括Xeon3000、3200、3300系列,其中3000和3200系列的單路處理器全部都採用了酷睿微架構,性能、功耗都非常理想,可以根據套用情況來選擇主頻,雙核或四核。另外的3300系列採用了最新的45nm製造工藝,採用增強型酷睿微架構,性能更強,功耗更低。
2,雙路處理器,Xeon5000系列功耗高,性能差,現在已經基本絕跡;5100,5300系列開始使用酷睿微架構,性能,功耗都非常好,可以說是Intel超級成功的一款處理器產品,性能相對於上代處理器有數倍提升,並且功耗有所降低,長時間讓競爭對手根本就沒有能與之抗衡的產品。而新推出的5200,5400系列更在已經基礎上,採用了45nm製造工藝,採用增強型酷睿微架構,性能較5100、5300系列平均提高20%,功耗降低近38%,更為要命的是,價格還很低,簡直是現階段伺服器CPU不二的選擇。
3,多路至強處理器,在Intel官方的列表上,Xeon7100,7300處理器被標註可以單系統內支持到32處理器,但在國內市場上,能經常見到的只有4路的至強伺服器。而Xeon7100處理器,因為當時還沒有採用先進的酷睿微架構,所以4顆7100系列的CPU加起來還沒有2顆5300系列的雙路處理器跑的快,而且價格還很高,所以十分不推薦使用,況且Xeon7100也很快就要在市場上消失了。新的Xeon7300系列是一款非常優秀的多路至強CPU,採用了酷睿微架構,每CPU4核心,如果把4顆CPU組合在一起,搭配上大容量的記憶體,性能將會非常強勁,足以滿足高性能,大數據量的計算需求。
4,安騰處理器,其實安騰處理器的主要競爭對手是IBM、SUN等品牌的高端的小型機CPU,如果您一直在使用高端小型機,比如安裝IBM Power CPU的,那么我覺得您很有必要去了解一下安騰,去了解一下這款新一代開放性的高端CPU產品,也許您會發現,原來高穩定,高性能,不一定非得是高成本。除此外,在一些科學運算中,安騰也會給您帶來意想不到的效果。
5、CORE
2006年3月上旬,Intel 於美國舊金山舉辦了2006年度的春季 IDF 大會(Intel Developer Forum)。在這屆 IDF 大會上,有一個萬眾矚目的焦點:Intel 宣布下一代處理器將採用的 Core 微架構。這也使得2009年的 IDF 大會成為近幾年來最激動人心的一次。在2008年秋季的 IDF 大會的開幕主題演講中,Intel 的執行長官 Paul Otellini 就曾經指出,未來處理器的技術發展重點將是“性能功耗比”(Performance per Watt)。而這屆 IDF 大會的主題更加明確:功耗最最佳化平台(Power-Optimized Platforms)——與 Core 微架構緊密相關。根據 Intel 的說法,採用新的 Core 微架構的處理器將在整數性能和商業計算方面得到極大的飛躍,肯定將超過競爭對手 AMD 的產品。更加美妙的是,擁有這樣強悍性能的 Core 微架構在功耗方面將比前任大幅下降,從而完美的體現了這屆 IDF 大會的主題。
Core 微架構是由 Intel 位於以色列海法的研發團隊負責設計的。該以色列團隊早在2003年就因為設計出兼具高性能與低功耗的 Banias 處理器而聞名天下,Core 微架構也是他們在 Yonah 微架構之後的最新傑作。Core 微架構很早就出現在 Intel 的計畫之中了,早在2003年夏天 Intel 就曾經隱約提到過,原定是 Centrino 平台的第三代 Napa 平台後期和第四代 Santa Rosa 平台所採用的處理器。沒想到由於 NetBurst 微架構的失敗,Core 微架構被 Intel 改弦易轍,推上前台,被賦予了取代 NetBurst 微架構、一統桌面、移動與伺服器平台的歷史使命。
作為 Intel 的新旗艦,Core 微架構擁有雙核心、64bit指令集、4發射的超標量體系結構和亂序執行機制等技術,使用65nm製造工藝生產,支持36bit的物理定址和48bit的虛擬記憶體定址,支持 Intel 所有的擴展指令集。Core 微架構的每個核心擁有 32KB 的一級指令快取、32KB 的雙連線埠一級數據快取,然後2個核心共同擁有 4MB 的共享式二級快取。Core 微架構在2009年內發布的最高頻率將是 Conroe XE 的3.33GHz。每種產品擁有自己的最高 TDP:Merom 最高35W,Conroe 最高65W,Woodcrest 最高80W。此外,針對不同客戶的要求也可以提供低功耗的版本。例如,低電壓版本的 Woodcrest 將會定位於刀片系統,通過降低頻率等方法使 TDP 低達40W。
Intel 聲稱 Core 微架構擁有14級“有效”流水線。與 Banias 同出於一個設計團隊,Core 微架構僅有14級的整數流水線,並不讓人意外。但是,究竟什麼是14級“有效”流水線?
在過去的幾年裡,有關流水線級數的幾個概念經常被混淆。我們首先澄清一下,流水線的“條數”與“級數”是完全不同的概念。能夠完整執行各種指令的一系列功能單元組成“一條”流水線。而關於流水線級數,可以這樣簡單理解:在傳統意義上,一條流水線所包含的功能單元一般可以被劃分為多個部分,它可以被劃分成幾個部分,就稱這條流水線是“幾級”的。然後讓我們來了解一下“有效流水線”的定義,這也是在過去容易造成誤解之處。簡而言之,所謂的有效流水線,就是指發生分支預測錯誤時,所需要重新執行的流水線級數。以採用 NetBurst 微架構的處理器來說,Willamette、Northwood與Prescott核心的有效流水線級數分別是20、20和31,而原始的P6 微架構的處理器則是10級。
不過,對於現代的普遍採用亂序執行方式的X86處理器來說,有效流水線級數並不能代表真正意義上的流水線級數。NetBurst 微架構的處理器僅僅是 Trace Cache 的 Trace 建立過程,就有起碼10級;P6 微架構的完整流水線級數應該是12至15(10級有效流水線加上指令執行完畢後的 Retire 動作,與可能出現的 Reorder Buffer延遲)。隨著亂序執行引擎的工作方式越來越複雜,X86處理器流水線級數的概念也日益模糊。換言之,Core 微架構真正意義上的流水線級數並不會只有14。
Core 微架構的14級有效流水線與 Prescott 核心的31級有效流水線的對比,也只有參考意義。那些僅僅根據這個數字的對比就斷言 Core 微架構只能達到很低的頻率的說法是不具有足夠的說服力的。Conroe XE 3.33GHz 處理器的存在已經讓很多相信這個說法的用戶大吃一驚。而實際上,已經有玩家聲稱,Conroe 處理器可以在風冷的情況下達到4GHz以上的頻率。Core 微架構的頻率到底能夠到達什麼樣的高度,讓我們拭目以待。
core與conroe的區別
我們把Core音譯為酷睿,它是Intel下一代處理器產品將統一採用的微架構,而Conroe只是對基於Core微架構的Intel下一代桌面平台級產品的代號。除Conroe處理器之外,Core微架構還包括代號為Merom的移動平台處理器和代號為Woodcrest的伺服器平台處理器。採用Core的處理器將被統一命名。由於上一代採用Yonah微架構的處理器產品被命名為Core Duo,因此為了便於與前代Intel雙核處理器區分,Intel下一代桌面處理器Conroe以及下一代筆記本處理器Merom都將被統一叫做Core 2 Duo。另外,Intel的頂級桌面處理器被命名為Core 2 Extreme,以區別於主流處理器產品。
此次發布的Conroe/Merom總計10款,其中代號以E和X開頭的5款面向台式機,以T開頭的4款面向筆記本。
英特爾初期發布Core微架構處理器包含E6000桌面系列和T7000、T5000移動系列,E6000系列處理器外頻為266MHz,前端匯流排頻率為1066MHz,擁有2MB(E6300、E6320、E6400)或4MB(E6600、E6550、E6700) 二級快取,面向高性能市場;稍後推出的E4000系列外頻相對低一些,為200MHz,前端匯流排800MHz,定位低於E6000系列,發布時間將延後至2007年第一季度。除普通版Conroe之外,Intel還將發布Conroe XE處理器取代現有的旗艦產品Pentium XE——即X6800。
雖然桌面平台的Conroe的前端匯流排為1066MHz,但這次的主角移動版處理器Merom前端匯流排均為667MHz(Merom處理器原本是屬於下一代移動平台Santa Rosa上的處理器產品,現在不得不在Santa Rosa平台推出之前先把Merom處理器推向市場,並可以順利地植入目前的Napa平台上面。為了在Intel 945晶片組上面運行,其前端匯流排為了適合於Intel 945晶片組,而仍然保留667MHz的前端匯流排設計。而今後出現的Santa Rosa平台上的Merom處理器其前端匯流排就改為800MHz。這種情景與當年推出400MHz的Dothan為適應Intel 855晶片組的做法十分相似)。二級快取則加大為4MB(低端的T5000系列仍為2MB),意味著快取中可以暫存更多等待處理數據,減少處理器與記憶體以及外圍設備間數據傳輸的瓶頸,提高指令的命中率,大大提高執行效能。
隨著Napa平台上Yonah處理器被替換成Merom處理器,這也意味著英特爾移動處理器開始進入64位元雙核技術時代,Yonah作為雙核移動處理器的首戰英雄將開始退居其後

圖書名稱

基本信息

書 名: 處理器架構
處理器架構
出版時間: 2011年1月1日
ISBN: 9787313068699
開本: 16開
定價: 29.50元

內容簡介

《處理器架構》共五章,從指令系統、CPU組成、CPU新技術、CPU實例等方面詳細介紹處理器架構的技術及套用發展。《處理器架構》理論與實例相結合,淺顯易懂,適合廣大計算機專業學生和IT初入門者閱讀學習。

圖書目錄

2 指令系統
3 CPU組成
4 CPU新技術
5 CPU實例

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