计算机基础 CPU真有趣

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1、CPU真有趣一.CPU的概念CPU是CentralProcessingUnit的缩写，即中央处理器。CPU发展至今，其中所集成的电子元件也越来越多，上万个晶体管构成了CPU的内部结构。那么这上百万个晶体管是如何工作的呢？看上去似乎很深奥，但归纳起来，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。CPU是整个

2、微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，CPU的性能大致上反映出微机的性能，因此它的性能指标十分重要。二.　64位CPU技术1.Intel的64位CPU　　IA-64架构将完全不兼容目前的IA-32，是一个全新的处理器设计。该架构使用超长指令字（VLIW）、指令预测、分支消除、猜测加载和其他先进的技术以增强程序代码的并行性。新的芯片将同时具有CISC和RISC设计的特征。Intel已经于2001年5月正式推出了第一款64位的最高端CPU--Itanium。它是基于Intel架构64（IA-64）的CPU。　　64位CPU中集成了一个新的结构，称为显式

3、并行指令计算（EPIC），使CPU能够并行地执行指令，即几条指令同时执行。在Itanium中，3条指令编码成一个128位字，因此每条指令都比现有的32位指令多几位，多出来的位可以使CPU寻址更多的寄存器并告诉CPU哪条指令可以并行执行。这种方法简化了带有许多并行执行单元的CPU的设计，能够使这些并行单元以很高的时钟速度运行。也就是说，除了能在芯片内并行执行几条指令外，Itanium也具有和其他Itanium芯片相连接构成并行处理环境的能力。　　除了具有新的特性并能够运行全新的64位指令集外，Itanium和当前的32位Intelx86软件完全向后兼容。这样

4、，Itanium在支持64为指令的同时，也保持与现在的32位应用程序兼容。　　要使用IA-64指令，程序必须面向新的指令集重新编译。Itanium采用了三级高速缓存。L1高速缓存直接连接到执行单元上，L2高速缓存将在片内，而2MB或4MB的L3高速缓存作为分开的芯片装在CPU盒中。2.AMD的64位CPU　　64位寻址能力是64位处理器最重要的标志，在这点上AMD推出全新的x86-64架构的Hammer做得十分出色，它提供了将近4.5TB的寻址能力，已经足够满足当前所有应用程序的需求。　　x86-64架构提高了CPU浮点性能。在传统x86处理器中，计算模型

5、是以堆栈为基础的。而在AMD的x86-64架构中，整个编程模型更改为"浮点寄存器档案"，也就是说，一条浮点指令需要从两个寄存器中取得它的运算对象，然后将结果回写至第三个寄存器。　　AMD在Hammer核心中加入第三代的3DNow！指令。强化后的3DNow！指令集在原来的基础上增加22条新的SSE2和缓存控制指令，外加5条新的DSP指令。同时，全新的3DNow！技术将增强处理器在图像编码/解码和其它整合多媒体方面的功能。　　AMD的Hammer在寄存器数量上，目前它的常规寄存器数量达到16个。此外，Hammer还加进了8个128位的SSE2寄存器，为单指令多

6、数据处理计算提供了更多的空间，而这正是多媒体、图形和游戏软件所需要的。　　传统的PC总线大大制约了整体性能的发展，为此AMD倡导了HyperTransport技术。AMDHammer系列处理器将通过使用HyperTransport技术来整合内存控制器，所以Hammer处理器将直接和系统主内存相连接。整合内存控制器的好处在于，处理器可以直接和内存交换数据，而不需要通过系统总线传给芯片组，然后再传输给内存，这就大大缩短了数据交换时间。　　管线对于CPU的性能有着极为重要的影响。增加处理管线层数主要是为了让处理器传送更高的频率，因为每个执行管道的层越多，所需的门

7、电路就越少，因此执行速度就快。相比AthlonXP，Hammer的管线数将大大增加。不过，我们也不能简单地认为管线数是多多益善的，因为执行到管线的最后段时，软件分支跳跃预测单元无法正确预测结果，因而整个管道内容必须清除并重新填充内容。这就造成了管线层数越多，执行指令越容易被分支预测单元清掉，从而影响执行效率。Hammer对此作了充分的考虑，它改进了对L2Cache的存取方式，缩短了步长并增加了回路，因此超长管线对分支预测技术的负面影响可以降低不少。IA-64架构在内存寻址能力方面提高了几个数量级（64位寻址空间能够容纳近180亿GB的物理内存）。由此带来的

8、整体性能的跃升将在要求4GB内存以上内存寻址的应用程序中得到充分的