芯片体系结构的发展

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1、芯片体系结构的发展2021/7/151硬件的层次结构1.芯片级（chiplevel）2.板卡级（boardandcardlevel）3.设备级（equipmentlevel）4.网络级（networklevel）2021/7/152芯片的种类繁多1.处理器芯片（processorchip）2.存储器芯片（memorychip）3.主板芯片组（chipset）4.BIOS芯片（rombios）5.输入输出芯片（I/Ochip）6.控制器芯片（controllerchip）7.特殊芯片（networkchipset,3-Dchip,

2、videochip…）2021/7/153微处理器体系结构体系结构是建筑学术语。计算机体系结构指概念性的结构和功能特性。过去，大型主机体系结构（MainframeArchitecture）例如1964年IBM360，24位。1983年IBM370-XA，32位。现在，微处理器体系结构（MicroprocessorArchitecture）。例如1978年Intel8086，16位。1985年Intel80386，32位。微体系结构比传统体系结构更丰富。2021/7/154芯片技术突飞猛进800819720.35万10微米8080

3、19740.60万6微米808619782.9万3微米80286198213.4万3微米80386198527.5万1微米804861989120万0.8微米PentiumI1993310万0.35微米PentiumII1997750万0.35微米PentiumIII19992900万0.25微米PentiumIV20004200万0.13微米2021/7/155奔腾的位数内部寄存器的宽度为32位，这决定了奔腾仍是32位的微处理器，即IA-32体系结构。数据输入输出总线的宽度为64位。存储器地址总线的宽度：8088，808620

4、位1MB286，386SX24位16MB386DX,486,奔腾I32位4GB奔腾II,奔腾III,奔腾IV36位64GB2021/7/156奔腾芯片的体系结构1.超标量技术（Superscalar）双ALU2.超流水技术（Superpipeline）八级3.哈佛结构：指令Cache和数据Cache4.分支动态预测5.固化常用指令6.数据总线的拓宽及突发模式7.采用PCI局部总线8.错误检测及校验技术9.电源效率技术10.支持多重处理2021/7/157超标量技术486及以前的芯片，一个时间只能执行一条指令。奔腾芯片始，同时能执

5、行多于一条指令，这称为超标量技术。例如经典奔腾有两条整数指令流水线U指令流水线：CISC和RISC都执行V指令流水线：只执行RISC指令还有一条浮点指令流水线（加、乘、除），因此能同时执行多个处理，以空间换取了时间。2021/7/158超流水线技术通过细化流水、提高主频，使得在一个时间周期内能完成多个操作，称为超流水线技术。例如每条整数流水线都分为4级（指令预取、译码、执行、写回结果）浮点流水线则分为8级（指令预取、译码、执行、写回结果、两级浮点操作、一级4舍5入并写回结果、一级出错报告）2021/7/159MMX技术MMX技术

6、指MultiMediaExtension即多媒体扩展技术。在体系结构上的改进：1.内部L1高速缓存更大，改善软件运行的特性。2.在处理器的指令系统中，扩展了57条指令，它们是单指令流多数据流（SIMD）的，能加快对视频、音频、图形和动画的循环处理。2021/7/1510SSE技术在奔腾III中首先出现。SSE是StreamingSIMDExtension的缩写，即流式单指令多数据扩展。在MMX的基础上，又增加了70条新指令，用于图形和声音处理。对高级图像处理、3D、流式音频和视频DVD回放、语音识别特别有用。2021/7/151

7、1NetBurst技术这是奔腾IV体系结构的核心。20级超流水线技术、增强双精度浮点运算、快速执行引擎和400MHz系统总线。具有高级传输高速缓存（芯片上的高级缓存，而不是过去的分立的，延时更短）、执行跟踪高速缓存。多媒体单元又有144条新指令增强了性能、SSE-2即流式SIMD扩展2技术和先进的动态执行（同时执行100多条指令）技术。瞬时数据传输速率高达3.2Gbps。2021/7/1512奔腾IV的特殊要求奔腾IV有特殊的系统要求，例如支持NetBurst体系结构的芯片组、固位装置和适当的BIOS支持。奔腾IV要用特殊的主板

8、，即基于Intel850AGP芯片组的主板。主板必须符合奔腾IV的电流和电压要求。奔腾IV的封装技术采用423针栅格阵列，即采用OrganicLandGridArray（OLGA）技术。因此要用PGA423插座。插座上安装了集成的热量延展器（IHS），提供了将热