¿Quién puede explicarme cómo entender la CPU? Di algo práctico, ¡siéntete libre de decirlo!

Introducción a la CPU

CPU es la abreviatura de Unidad Central de Procesamiento (Unidad Central de Procesamiento). Puede denominarse microprocesador (Microprocesador), pero a menudo se le llama directamente procesador. . (procesador). No ignore su función debido a estas abreviaturas. La CPU es el núcleo de la computadora. Es tan importante como el cerebro para los humanos porque es responsable de procesar y calcular todos los datos dentro de la computadora. el corazón, que controla el intercambio de datos. El tipo de CPU determina el sistema operativo y el software correspondiente que utiliza. La CPU se compone principalmente de unidades aritméticas, controladores, grupos de registros y buses internos. Es el núcleo de la PC. Junto con la memoria, las interfaces de entrada/salida y el bus del sistema, forma una PC (computadora personal) completa. El grupo de registros se utiliza para almacenar operandos y datos intermedios después de que se ejecuta la instrucción, y la unidad aritmética completa los cálculos y operaciones especificados por la instrucción.

Indicadores de rendimiento de la CPU

1. Frecuencia principal

La frecuencia principal también se llama frecuencia de reloj. La unidad es MHz (o GHz), que se utiliza para indicar. el funcionamiento y funcionamiento de la CPU. La velocidad a la que se procesan los datos. Frecuencia principal de la CPU = FSB × factor de multiplicación. Mucha gente piensa que la frecuencia principal determina la velocidad de funcionamiento de la CPU. Esto no es sólo unilateral, sino que también para los servidores esta comprensión es parcial. Hasta el momento no existe una fórmula definitiva que pueda determinar la relación numérica entre la frecuencia principal y la velocidad de cálculo real. Incluso los dos principales fabricantes de procesadores, Intel y AMD, tienen grandes disputas sobre este punto. Se puede ver que Intel concede gran importancia a fortalecer el desarrollo de su propia frecuencia principal. Al igual que otros fabricantes de procesadores, alguien comparó una vez un procesador Transmeta 1G. Su eficiencia operativa es equivalente a la de un procesador Intel 2G.

Por lo tanto, la frecuencia principal de la CPU no está directamente relacionada con la potencia informática real de la CPU. La frecuencia principal indica la velocidad de oscilación de la señal de pulso digital en la CPU. También puede ver ejemplos de esto en los productos de procesador de Intel: los chips Itanium de 1 GHz pueden funcionar casi tan rápido como los Xeon/Opteron de 2,66 GHz, o los Itanium 2 de 1,5 GHz son tan rápidos como los Xeon/Opteron de 4 GHz. Igual de rápido. La velocidad de cálculo de la CPU también depende de los indicadores de rendimiento de la tubería, bus, etc. de la CPU.

La frecuencia principal está relacionada con la velocidad de cálculo real. Solo se puede decir que la frecuencia principal es solo un aspecto del rendimiento de la CPU y no representa el rendimiento general de la CPU.

2. FSB

El FSB es la frecuencia base de la CPU, en MHz. El FSB de la CPU determina la velocidad de funcionamiento de toda la placa base. En términos sencillos, en las computadoras de escritorio, el llamado overclocking se refiere al overclocking del FSB de la CPU (por supuesto, en circunstancias normales, el multiplicador de la CPU está bloqueado, creo que esto se entiende bien). Pero para las CPU de servidor, el overclocking no está permitido en absoluto. Como se mencionó anteriormente, la CPU determina la velocidad de funcionamiento de la placa base. Las dos se ejecutan sincrónicamente. Si se overclockea la CPU del servidor y se cambia el FSB, se producirá una operación asincrónica (muchas placas base de escritorio admiten la operación asincrónica). El servidor se ejecuta de forma asincrónica. Inestabilidad del sistema.

En la mayoría de los sistemas informáticos actuales, el FSB y el bus frontal de la placa base no tienen la misma velocidad, y las frecuencias del FSB y el FSB se confunden fácilmente. La siguiente introducción al FSB hablará sobre los dos. . diferencia.

3. Frecuencia del bus frontal (FSB)

La frecuencia del bus frontal (FSB) (es decir, la frecuencia del bus) afecta directamente la velocidad del intercambio directo de datos entre la CPU y la memoria. . Existe una fórmula que se puede calcular, es decir, ancho de banda de datos = (frecuencia del bus × ancho de bits de datos) / 8. El ancho de banda máximo de transmisión de datos depende del ancho y la frecuencia de transmisión de todos los datos transmitidos simultáneamente. Por ejemplo, el Xeon Nocona actual que admite 64 bits tiene un bus frontal de 800 MHz. Según la fórmula, su ancho de banda máximo de transmisión de datos es de 6,4 GB/segundo.

La diferencia entre FSB y frecuencia FSB: la velocidad de FSB se refiere a la velocidad de transmisión de datos, y el FSB es la velocidad de operación sincrónica entre la CPU y la placa base.

En otras palabras, el FSB de 100 MHz se refiere específicamente a la señal de pulso digital que oscila 100 millones de veces por segundo, mientras que el bus frontal de 100 MHz se refiere a la cantidad de transmisión de datos que la CPU puede aceptar por segundo, que es 100 MHz × 64 bits ÷ 8 bits; /Byte=800MB/s .

De hecho, la aparición de la arquitectura "HyperTransport" ha cambiado la frecuencia real del bus frontal (FSB). La arquitectura IA-32 debe tener tres componentes importantes: concentrador de controlador de memoria (MCH), concentrador de controlador de E/S y concentrador PCI, como los conjuntos de chips típicos de Intel, los conjuntos de chips Intel 7501 e Intel7505, que son procesadores duales Xeon hechos a medida, los MCH. contiene proporciona un bus frontal con una frecuencia de 533 MHz para la CPU. Con memoria DDR, el ancho de banda del bus frontal puede alcanzar 4,3 GB/segundo. Sin embargo, a medida que el rendimiento del procesador continúa mejorando, también trae muchos problemas a la arquitectura del sistema. La arquitectura "HyperTransport" no solo resuelve el problema, sino que también mejora el ancho de banda del bus de manera más efectiva, como en los procesadores AMD Opteron. La arquitectura flexible del bus HyperTransport I/O le permite integrar el controlador de memoria, de modo que el procesador no transmite datos. a través del bus del sistema. El chipset intercambia datos directamente con la memoria. En este caso, no sé por dónde empezar a hablar de la frecuencia del bus frontal (FSB) en los procesadores AMD Opteron.

4. Bits de CPU y longitud de palabra

Bits: el binario se utiliza en circuitos digitales y tecnología informática, y los códigos son solo "0" y "1", ya sea " 0" o "1" es un "bit" en la CPU.

Longitud de palabra: en tecnología informática, el número de dígitos binarios que la CPU puede procesar a la vez por unidad de tiempo (al mismo tiempo) se denomina longitud de palabra. Por lo tanto, una CPU que puede procesar datos con una longitud de palabra de 8 bits suele denominarse CPU de 8 bits. De la misma manera, una CPU de 32 bits puede procesar datos binarios con una longitud de palabra de 32 bits por unidad de tiempo. La diferencia entre longitud de byte y palabra: dado que los caracteres ingleses de uso común se pueden representar mediante binario de 8 bits, los 8 bits generalmente se denominan byte. La longitud de la palabra no es fija y la longitud de la palabra es diferente para diferentes CPU. Una CPU de 8 bits solo puede procesar un byte a la vez, mientras que una CPU de 32 bits puede procesar 4 bytes a la vez. De manera similar, una CPU de 64 bits puede procesar 8 bytes a la vez.

5. Coeficiente multiplicador

El coeficiente multiplicador se refiere a la relación proporcional relativa entre la frecuencia principal de la CPU y el FSB. Bajo el mismo FSB, cuanto mayor sea el multiplicador de frecuencia, mayor será la frecuencia de la CPU. Pero, de hecho, bajo la premisa del mismo FSB, una CPU con alto multiplicador en sí misma tiene poca importancia. Esto se debe a que la velocidad de transmisión de datos entre la CPU y el sistema es limitada. Si la CPU persigue ciegamente una frecuencia principal alta y obtiene un multiplicador alto, habrá un efecto obvio de "cuello de botella": la velocidad máxima de la CPU para obtener datos. del sistema no puede satisfacer los requisitos de velocidad informática de la CPU. Generalmente, a excepción de las muestras de ingeniería, las CPU Intel tienen multiplicadores bloqueados. Un pequeño número de ellas, como el Pentium Dual-Core E6500K con núcleo Intel Core 2 y algunas CPU Extreme Edition, no bloquean los multiplicadores. bloquee los multiplicadores antes. Ahora AMD ha lanzado la versión de caja negra de la CPU (es decir, la versión del multiplicador no está bloqueada, el usuario puede ajustar libremente el multiplicador y el método de overclocking para ajustar el multiplicador es mucho más estable que ajustar el FSB. ).

6. Caché

El tamaño de la caché también es uno de los indicadores importantes de la CPU, y la estructura y el tamaño de la caché tienen un gran impacto en la velocidad de la CPU. la CPU funciona a una frecuencia extremadamente alta. Generalmente, funciona a la misma frecuencia que el procesador y su eficiencia de trabajo es mucho mayor que la de la memoria del sistema y el disco duro. En el trabajo real, la CPU a menudo necesita leer el mismo bloque de datos repetidamente, y el aumento en la capacidad de la caché puede mejorar en gran medida la tasa de aciertos de lectura de datos dentro de la CPU sin tener que buscarlos en la memoria o el disco duro, mejorando así el sistema. actuación. . Sin embargo, debido a factores como el costo y el área del chip de la CPU, el caché es muy pequeño.

La caché L1 (caché de nivel uno) es la caché de primer nivel de la CPU, que se divide en caché de datos y caché de instrucciones. La capacidad y la estructura del caché L1 incorporado tienen un mayor impacto en el rendimiento de la CPU. Sin embargo, la memoria caché está compuesta de RAM estática y tiene una estructura complicada. Cuando el área de la CPU no puede ser demasiado grande, la capacidad. del caché L1 no es suficiente. Probablemente sea demasiado grande.

La capacidad de la caché L1 de una CPU de servidor general suele ser de 32 a 256 KB.

La caché L2 (caché de nivel 2) es la caché de segundo nivel de la CPU, que se divide en chips internos y externos. La caché L2 interna en el chip se ejecuta a la misma velocidad que la frecuencia principal, mientras que la caché L2 externa solo se ejecuta a la mitad de la frecuencia principal. La capacidad de la caché L2 también afectará el rendimiento de la CPU. El principio es que cuanto más grande, mejor. En el pasado, la capacidad más grande de las CPU domésticas era de 512 KB. Ahora también puede alcanzar los 2 M en las CPU. servidores y estaciones de trabajo es mayor. Puede alcanzar más de 8M.

La caché L3 (caché de tres niveles) se divide en dos tipos: la anterior era externa y la actual está integrada. Su efecto real es que la aplicación de caché L3 puede reducir aún más la latencia de la memoria y mejorar el rendimiento del procesador al calcular grandes cantidades de datos. Reducir la latencia de la memoria y mejorar las capacidades informáticas de grandes cantidades de datos son útiles para los juegos. En el campo del servidor, agregar caché L3 todavía tiene una mejora significativa en el rendimiento. Por ejemplo, una configuración con una caché L3 más grande utilizará la memoria física de manera más eficiente, por lo que puede manejar más solicitudes de datos que un subsistema de E/S de disco más lento. Los procesadores con cachés L3 más grandes proporcionan un comportamiento de caché del sistema de archivos más eficiente y longitudes de cola de mensajes y procesadores más cortas.

De hecho, la primera caché L3 se aplicó al procesador K6-III lanzado por AMD. La caché L3 en ese momento estaba limitada por el proceso de fabricación y no estaba integrada en el chip, pero estaba integrada. la placa base. La caché L3, que sólo se puede sincronizar con la frecuencia del bus del sistema, en realidad no es muy diferente de la memoria principal. Posteriormente, el procesador Intel Itanium utilizó la caché L3 para el mercado de servidores. Luego están el P4EE y el Xeon MP. Intel también planea lanzar un procesador Itanium2 con 9 MB de caché L3 y, más adelante, un procesador Itanium2 de doble núcleo con 24 MB de caché L3.

Pero básicamente la caché L3 no es muy importante para mejorar el rendimiento del procesador. Por ejemplo, el procesador Xeon MP equipado con 1 MB de caché L3 todavía no es el oponente de Opteron. El aumento del bus frontal es más importante que el de Opteron. El aumento del caché aporta mejoras de rendimiento más efectivas.

7. Conjunto de instrucciones extendido de la CPU

La CPU se basa en instrucciones para calcular y controlar el sistema. Cada CPU especifica una serie de sistemas de instrucciones que coinciden con su circuito de hardware durante el diseño. La solidez de las instrucciones también es un indicador importante de la CPU. El conjunto de instrucciones es una de las herramientas más eficaces para mejorar la eficiencia de los microprocesadores. Desde la arquitectura convencional actual, el conjunto de instrucciones se puede dividir en conjunto de instrucciones complejo y conjunto de instrucciones simplificado. Desde la perspectiva de aplicaciones específicas, como MMX (Multi Media Extended) de Intel, SSE, SSE2 (Streaming-Instrucción única de datos múltiples-Extensiones). 2), las series SSE3, SSE4 y 3DNow! de AMD son conjuntos de instrucciones extendidos de la CPU, que mejoran respectivamente las capacidades de procesamiento multimedia, gráficos e Internet de la CPU. El conjunto de instrucciones ampliado de la CPU suele denominarse "conjunto de instrucciones de la CPU". El conjunto de instrucciones SSE3 es también el conjunto de instrucciones más pequeño actualmente. Anteriormente, MMX contenía 57 comandos, SSE contenía 50 comandos, SSE2 contenía 144 comandos y SSE3 contenía 13 comandos. En la actualidad, SSE4 es también el conjunto de instrucciones más avanzado. Los procesadores de la serie Intel Core ya admiten el conjunto de instrucciones SSE4. AMD agregará soporte para el conjunto de instrucciones SSE4 a los futuros procesadores Transmeta que también admitirán este conjunto de instrucciones.

8.Núcleo de la CPU y voltaje de trabajo de E/S

A partir de 586 CPU, el voltaje de trabajo de la CPU se divide en voltaje del núcleo y voltaje de E/S. Generalmente, el voltaje del núcleo de la CPU. es menor que igual al voltaje de E/S. El tamaño del voltaje del núcleo está determinado por el proceso de producción de la CPU. Generalmente, cuanto más pequeño es el proceso de producción, menor es el voltaje de funcionamiento del núcleo; generalmente es de 1,6 ~ 5 V. El bajo voltaje puede resolver los problemas de consumo excesivo de energía y generación excesiva de calor.

9. Proceso de fabricación

La micra del proceso de fabricación se refiere a la distancia entre circuitos dentro del IC. La tendencia en los procesos de fabricación es hacia una mayor densidad.

Los diseños de circuitos de circuitos integrados de mayor densidad significan que los circuitos integrados del mismo tamaño pueden tener diseños de circuitos con mayor densidad y funciones más complejas. Ahora los principales son 180 nm, 130 nm, 90 nm, 65 nm y 45 nm. Recientemente, los funcionarios han declarado que tienen un proceso de fabricación de 32 nm.

10. Conjunto de instrucciones

(1) Conjunto de instrucciones CISC

Conjunto de instrucciones CISC, también conocido como conjunto de instrucciones complejas, el nombre en inglés es CISC (Complex). Abreviatura de instrucción para Set Computer). En un microprocesador CISC, cada instrucción del programa se ejecuta en serie en orden y las operaciones de cada instrucción también se ejecutan en serie en orden. La ventaja de la ejecución secuencial es el control simple, pero la tasa de utilización de varias partes de la computadora no es alta y la velocidad de ejecución es lenta. De hecho, es la CPU de la serie x86 (es decir, arquitectura IA-32) producida por Intel y sus CPU compatibles, como AMD y VIA. Incluso el nuevo X86-64 (también llamado AMD64) pertenece a la categoría CISC.

Para saber qué es un conjunto de instrucciones, tenemos que empezar por la CPU de arquitectura X86 actual. El conjunto de instrucciones X86 fue desarrollado especialmente por Intel para su primera CPU de 16 bits (i8086). La CPU de la primera PC del mundo: i8088 (versión simplificada de i8086) lanzada por IBM en 1981 también usaba instrucciones X86. la computadora El chip X87 se agregó para mejorar las capacidades de procesamiento de datos de punto flotante. De ahora en adelante, el conjunto de instrucciones X86 y el conjunto de instrucciones X87 se denominarán colectivamente conjunto de instrucciones X86.

Aunque con el desarrollo continuo de la tecnología de CPU, Intel ha desarrollado sucesivamente los nuevos i80386 e i80486, hasta las pasadas series PII Xeon, PIII Xeon, Pentium 3, Pentium 4 y, finalmente, hasta la actual serie Core 2. Xeon (excluyendo Xeon Nocona), pero para garantizar que la computadora pueda continuar ejecutando varias aplicaciones desarrolladas en el pasado para proteger y heredar ricos recursos de software, todas las CPU producidas por Intel continúan usando el conjunto de instrucciones X86, por lo que su CPU aún. Pertenece a la serie X86. Dado que la serie Intel X86 y sus CPU compatibles (como AMD Athlon MP) utilizan el conjunto de instrucciones X86, se ha formado la enorme línea actual de series X86 y CPU compatibles. x86CPU actualmente incluye principalmente CPU de servidor Intel y CPU de servidor AMD.

(2) Conjunto de instrucciones RISC

RISC es la abreviatura de "Computación del conjunto de instrucciones reducido" en inglés, que significa "conjunto de instrucciones reducido" en chino. Fue desarrollado sobre la base del sistema de instrucciones CISC. Alguien probó la máquina CISC y demostró que la frecuencia de uso de varias instrucciones es bastante diferente. Las instrucciones más utilizadas son algunas instrucciones relativamente simples, que solo representan el 20% del total. número total de instrucciones. Pero la frecuencia de aparición en el programa representa el 80%. Un sistema de instrucción complejo aumentará inevitablemente la complejidad del microprocesador, haciendo que el desarrollo del procesador sea largo y costoso. Y las instrucciones complejas requieren operaciones complejas, que inevitablemente reducirán la velocidad de la computadora. Por las razones anteriores, las CPU RISC nacieron en la década de 1980. En comparación con las CPU CISC, las CPU RISC no solo simplificaron el sistema de instrucción, sino que también adoptaron algo llamado "estructura superescalar y supercanal", que aumentó considerablemente las capacidades de procesamiento paralelo. El conjunto de instrucciones RISC es la dirección de desarrollo de las CPU de alto rendimiento. Se opone al tradicional CISC (Conjunto de instrucciones complejas). En comparación, RISC tiene un formato de instrucción unificado, menos tipos y menos métodos de direccionamiento que conjuntos de instrucciones complejos. Por supuesto, la velocidad de procesamiento ha mejorado enormemente. En la actualidad, las CPU con este sistema de instrucciones se usan comúnmente en servidores de gama media a alta, especialmente los servidores de gama alta usan CPU con el sistema de instrucciones RISC. El sistema de instrucciones RISC es más adecuado para UNIX, el sistema operativo de servidores de alta gama. Ahora Linux también es un sistema operativo similar a UNIX. Las CPU de tipo RISC no son compatibles con las CPU Intel y AMD en software y hardware.

En la actualidad, las CPU que utilizan instrucciones RISC en servidores de gama media a alta incluyen principalmente las siguientes categorías: procesadores PowerPC, procesadores SPARC, procesadores PA-RISC, procesadores MIPS y procesadores Alpha.

(3) IA-64

Ha habido mucho debate sobre si EPIC (Computadoras de instrucción explícitamente paralelas) es el sucesor de los sistemas RISC y CISC en términos de sistema. se parece más al procesador Intel, un paso importante hacia el sistema RISC. En teoría, la CPU diseñada por el sistema EPIC puede manejar el software de aplicación de Windows mucho mejor que el software de aplicación basado en Unix bajo la misma configuración de host.

La CPU del servidor Intel que utiliza tecnología EPIC es Itanium (nombre en clave de desarrollo: Merced). Es un procesador de 64 bits y el primero de la serie IA-64. Microsoft también ha desarrollado un sistema operativo con nombre en código Win64 para admitirlo en software. Después de que Intel adoptó el conjunto, nació la arquitectura IA-64 que utiliza el conjunto de instrucciones EPIC. IA-64 es una gran mejora con respecto a x86 en muchos aspectos. Rompe muchas limitaciones de la arquitectura tradicional IA32 y logra mejoras revolucionarias en las capacidades de procesamiento de datos, estabilidad del sistema, seguridad, usabilidad y una racionalidad considerable.

El mayor defecto de los microprocesadores IA-64 es su falta de compatibilidad con x86. Para que los procesadores IA-64 de Intel ejecuten mejor el software de ambas generaciones, es necesario el decodificador de x86 a IA-64. introducido en (Itanium, Itanium2...), para que las instrucciones x86 se puedan traducir a instrucciones IA-64. Este decodificador no es el más eficiente, ni es la mejor manera de ejecutar código x86 (la mejor manera es ejecutar código x86 directamente en el procesador x86), por lo que el rendimiento de Itanium e Itanium2 al ejecutar aplicaciones x86 es muy malo. Esta también se ha convertido en la razón fundamental del surgimiento de X86-64.

(4) X86-64 (AMD64/EM64T)

Diseñado por AMD, puede manejar operaciones enteras de 64 bits al mismo tiempo y es compatible con la arquitectura X86-32. . Admite direccionamiento lógico de 64 bits y ofrece la opción de convertir a direccionamiento de 32 bits; sin embargo, las instrucciones de operación de datos son de forma predeterminada de 32 bits y 8 bits, y ofrece la opción de convertir a 64 bits y 16 bits; admite registros de propósito general, si es una operación de 32 bits, es necesario expandir el resultado a 64 bits completos. De esta manera, existe una diferencia entre "ejecución directa" y "ejecución de conversión" en la instrucción. El campo de instrucción es de 8 bits o 32 bits, lo que puede evitar que el campo sea demasiado largo.

La aparición de x86-64 (también llamado AMD64) no es infundada. El espacio de direccionamiento de 32 bits de los procesadores x86 está limitado a 4 GB de memoria y los procesadores IA-64 no son compatibles con x86. AMD considera plenamente las necesidades de los clientes y mejora las funciones del conjunto de instrucciones x86 para que este conjunto de instrucciones pueda admitir modos informáticos de 64 bits al mismo tiempo. Por lo tanto, AMD llama a su estructura x86-64. Técnicamente, para realizar operaciones de 64 bits en la arquitectura x86-64, AMD ha introducido un nuevo registro de uso general R8-R15 como una expansión del uso original de estos registros. Los registros originales como EAX y EBX también se han ampliado de 32 bits a 64 bits. Se han agregado ocho nuevos registros a la unidad SSE para brindar soporte a SSE2. El aumento en el número de registros conducirá a mejoras en el rendimiento.

Al mismo tiempo, para admitir códigos y registros de 32 y 64 bits, la arquitectura x86-64 permite que el procesador funcione en los dos modos siguientes: modo largo (modo largo) y modo heredado (modo genético). El modo largo se divide en dos submodos: Modo (modo de 64 bits y modo de compatibilidad). Este estándar se ha introducido en el procesador Opteron en los procesadores de servidor AMD.

Este año también se lanzó la tecnología EM64T que admite 64 bits. Antes de que se llamara oficialmente EM64T, era IA32E. nombre de la tecnología de extensión de 64 bits utilizada para distinguir el conjunto de instrucciones X86. El EM64T de Intel admite el submodo de 64 bits, que es similar a la tecnología X86-64 de AMD. Utiliza direccionamiento de plano lineal de 64 bits, agrega 8 nuevos registros de propósito general (GPR) y agrega 8 registros para admitir instrucciones SSE. Al igual que AMD, la tecnología de 64 bits de Intel será compatible con IA32 y IA32E sólo se utilizará cuando se ejecute un sistema operativo de 64 bits. IA32E estará compuesto por 2 submodos: submodo de 64 bits y submodo de 32 bits, que son compatibles con versiones anteriores de AMD64. El EM64T de Intel será totalmente compatible con la tecnología X86-64 de AMD. Ahora el procesador Nocona ha agregado algo de tecnología de 64 bits y el procesador Intel Pentium 4E también admite tecnología de 64 bits.

Cabe decir que ambas son arquitecturas de microprocesador de 64 bits compatibles con el conjunto de instrucciones x86, pero aún existen algunas diferencias entre EM64T y AMD64. El bit NX en el procesador AMD64 no es procesado por. Intel no se proporcionará en el servidor.

11. Superpipeline y superescalar

Antes de explicar superpipeline y superescalar, primero comprendamos el pipeline. Intel utilizó por primera vez el pipeline en el chip 486. La línea de montaje funciona como una línea de montaje en la producción industrial. En la CPU, una tubería de procesamiento de instrucciones se compone de 5 a 6 unidades de circuito con diferentes funciones, y luego una instrucción X86 se divide en 5 a 6 pasos y luego es ejecutada por estas unidades de circuito respectivamente, de modo que una instrucción se puede completar en una. Ciclo de reloj de la CPU, aumentando así la velocidad de cálculo de la CPU. Cada canalización de números enteros del Pentium clásico se divide en cuatro niveles de canalización, a saber, captación previa de instrucciones, decodificación, ejecución y reescritura de resultados. El canalización de punto flotante se divide en ocho niveles de canalización.

Superscalar utiliza múltiples canales integrados para ejecutar múltiples procesadores al mismo tiempo. Su esencia es intercambiar espacio por tiempo. El súper oleoducto consiste en completar una o más operaciones en un ciclo de máquina refinando el oleoducto y aumentando la frecuencia principal. Su esencia es intercambiar tiempo por espacio. Por ejemplo, la tubería del Pentium 4 tiene hasta 20 etapas. Cuanto más largos estén diseñados los pasos (etapas) de la canalización, más rápido podrá completar una instrucción, por lo que podrá adaptarse a CPU con frecuencias operativas más altas. Sin embargo, un proceso demasiado largo también conlleva ciertos efectos secundarios. Es muy probable que la velocidad de cálculo real de una CPU con una frecuencia más alta sea menor. Este es el caso del Pentium 4 de Intel, aunque su frecuencia principal puede llegar a ser tan alta. 1,4G o más, pero su rendimiento informático es muy inferior al 1,2G Athlon de AMD o incluso al Pentium III.

12. Forma de embalaje

El embalaje de la CPU es una medida de protección que utiliza materiales específicos para solidificar el chip de la CPU o el módulo de la CPU para evitar daños. Generalmente, la CPU debe empaquetarse antes. se puede entregar al usuario. El método de empaquetado de la CPU depende de la forma de instalación de la CPU y del diseño de integración del dispositivo. Desde un punto de vista de clasificación amplio, las CPU que generalmente se instalan usando sockets Socket se empaquetan usando PGA (matriz de cuadrícula), mientras que las CPU instaladas usando ranuras Slot x se empaquetan todas. utilizando el formato de embalaje SEC (caja de conexiones de un solo lado). También existen tecnologías de embalaje como PLGA (Plastic Land Grid Array) y OLGA (Organic Land Grid Array). Debido a la competencia en el mercado cada vez más feroz, la dirección de desarrollo actual de la tecnología de empaquetado de CPU es principalmente el ahorro de costos.

13. Multithreading

Multithreading simultáneo, denominado SMT.

SMT puede copiar el estado estructural en el procesador, lo que permite que varios subprocesos en el mismo procesador se ejecuten simultáneamente y compartan completamente los recursos de ejecución del procesador. Puede maximizar el procesamiento superescalar desordenado y de gran alcance y mejorar la utilización de la informática del procesador. Los componentes alivian los retrasos en el acceso a la memoria causados ​​por dependencias de datos o errores de caché. Cuando no hay varios subprocesos disponibles, los procesadores SMT son casi iguales a los procesadores superescalares tradicionales de gran tamaño. Lo más atractivo de SMT es que sólo requiere un pequeño cambio en el diseño del núcleo del procesador, lo que puede mejorar significativamente el rendimiento casi sin coste adicional. La tecnología de subprocesos múltiples puede preparar más datos para ser procesados ​​por el núcleo informático de alta velocidad y reducir el tiempo de inactividad del núcleo informático. Esto sin duda es muy atractivo para sistemas de escritorio de gama baja. A partir del Pentium 4 de 3,06 GHz, todos los procesadores Intel admitirán la tecnología SMT.

14. Multinúcleo

Multinúcleo también se refiere a multiprocesadores de un solo chip (multiprocesadores de chip, denominados CMP). CMP fue propuesto por la Universidad de Stanford en Estados Unidos. Su idea es integrar SMP (multiprocesador simétrico) en procesadores paralelos a gran escala en el mismo chip, y cada procesador ejecuta diferentes procesos en paralelo. En comparación con CMP, la flexibilidad de la estructura del procesador SMT es más destacada. Sin embargo, cuando el proceso semiconductor ingresa a 0,18 micrones, el retardo de la línea ha excedido el retardo de la puerta, lo que requiere que el diseño del microprocesador se lleve a cabo dividiendo muchas estructuras unitarias básicas con una escala más pequeña y una mejor localidad. Por el contrario, dado que la estructura CMP se ha dividido en múltiples núcleos de procesador para el diseño, cada núcleo es relativamente simple, lo que favorece un diseño optimizado y, por lo tanto, tiene más perspectivas de desarrollo. Actualmente, el chip Power 4 de IBM y el chip MAJC5200 de Sun utilizan la estructura CMP. Los procesadores multinúcleo pueden compartir caché dentro del procesador, mejorar la utilización de la caché y simplificar la complejidad del diseño de sistemas multiprocesador.

En la segunda mitad de 2005, también se integrarán nuevos procesadores de Intel y AMD en la estructura de CMP. El código de desarrollo del nuevo procesador Itanium es Montecito. Adopta un diseño de doble núcleo, tiene al menos 18 MB de caché en el chip y se fabrica mediante un proceso de 90 nm. Su diseño es definitivamente un desafío para la industria de chips actual. Cada uno de sus núcleos individuales tiene cachés L1, L2 y L3 independientes y contiene aproximadamente mil millones de transistores.

15. SMP

SMP (Symmetric Multi-Processing), abreviatura de estructura de multiprocesamiento simétrico 16. Tecnología NUMA

NUMA es una distribución de acceso no uniforme ** * Tecnología de almacenamiento compartido, que es un sistema compuesto por varios nodos independientes conectados a través de una red dedicada de alta velocidad. Cada nodo puede ser una única CPU o un sistema SMP. En NUMA, existen múltiples soluciones para la coherencia de la caché, que requieren soporte del sistema operativo y software especial. La Figura 2 es un ejemplo del sistema NUMA de Sequent. Hay tres módulos SMP conectados por una red dedicada de alta velocidad para formar un nodo, y cada nodo puede tener 12 CPU. Sistemas como Sequent pueden llegar hasta 64 CPU o incluso 256 CPU. Obviamente, esto se basa en SMP y luego se expande con la tecnología NUMA. Es una combinación de estas dos tecnologías.

17. Tecnología de ejecución fuera de orden

La ejecución fuera de orden significa que la CPU permite que se envíen múltiples instrucciones por separado a cada dispositivo correspondiente en un orden que no es el mismo. especificada por el programa. De esta manera, después de analizar el estado de cada unidad de circuito y la situación específica de si cada instrucción se puede ejecutar por adelantado, las instrucciones que se pueden ejecutar por adelantado se envían inmediatamente a la unidad de circuito correspondiente para su ejecución. las instrucciones no se ejecutan en el orden especificado, y luego la unidad de reordenamiento Reorganiza los resultados de cada unidad de ejecución en el orden de las instrucciones. El propósito de utilizar tecnología de ejecución desordenada es hacer que los circuitos internos de la CPU funcionen a plena capacidad y, en consecuencia, aumentar la velocidad de los programas en ejecución de la CPU. Tecnología de bifurcación: las instrucciones (de bifurcación) deben esperar los resultados al realizar operaciones. Generalmente, las bifurcaciones incondicionales solo deben ejecutarse en el orden de las instrucciones, mientras que las bifurcaciones condicionales deben decidir si continúan en el orden original en función de los resultados procesados.

18. Controlador de memoria dentro de la CPU

Proceso de fabricación: El proceso de fabricación actual de la CPU es de 0,35 micras, el último PII puede llegar a 0,28 micras y en el futuro el proceso de fabricación de la CPU puede llegar a ser de 0,28 micras. alcanzar 0,18 micras.

Fabricantes de CPU

1. Intel Corporation

Intel es el hermano mayor en la producción de CPU en el mercado de computadoras personales, ocupa más del 80% del mercado. cuota de mercado que Intel produce La CPU se ha convertido en la especificación técnica y el estándar de facto de x86CPU. El último Core 2 en la plataforma de computadora personal se ha convertido en la primera opción para la CPU, y los Core i5 y Core i7 de próxima generación han tomado la delantera y están significativamente por delante de los productos de otros fabricantes en términos de rendimiento.

2. AMD Company

Actualmente hay varias empresas que utilizan productos de CPU. Además de Intel Company, el rival más poderoso es AMD Company, el último AMD Athlon II X2 The Phenom II. tiene una muy buena relación precio/rendimiento, especialmente al utilizar la tecnología 3DNOW+ y admitir el conjunto de instrucciones SSE4.0, lo que hace que funcione muy bien en 3D.

3. IBM y Cyrix

La fortaleza de IBM reside en sus laboratorios de alta gama y CPU no civiles en los estudios

La fusión de National Semiconductor NS y Cyrix Finalmente, finalmente tiene su propia línea de producción de chips y sus productos terminados serán cada vez más perfectos y completos. El rendimiento actual del MII también es bueno, especialmente su precio es muy bajo.

4. Empresa IDT

IDT es una estrella en ascenso entre los fabricantes de procesadores, pero aún no está madura.

5. VIA VIA Corporation

VIA VIA es un fabricante de chipsets de placas base en Taiwán. Adquirió los departamentos de CPU de Cyrix e IDT antes mencionados y lanzó su propia CPU.

6. Domestic GodSon

GodSon, apodado Gou Sheng, es un procesador de uso general con derechos de propiedad intelectual independientes de propiedad estatal. Actualmente tiene 2 generaciones de productos, que pueden alcanzar el rendimiento de bajo nivel. últimas CPU de INTEL y AMD en el mercado actual,

7. ARM Ltd

ARM International Technology es una de las pocas empresas que solo licencia su diseño de CPU pero no fabrica. él mismo. El software de aplicación integrado se ejecuta más comúnmente mediante microprocesadores de arquitectura ARM.

8.Freescale Semiconductor

Freescale, anteriormente Motorola, diseña varios dispositivos integrados y procesadores SoC PowerPC.

[Editar este párrafo] Historial de desarrollo

Todo pasará por un proceso desde el desarrollo hasta el crecimiento. La historia de desarrollo de la CPU se puede desarrollar a la escala y los logros que tiene hoy. Es aún más intrigante. La historia del desarrollo de productos de los dos principales gigantes de las CPU: Intel y AMD.

[1] Procesadores dual-core de varias marcas

Intel

Pentium dual-core:

Es el Pentium D y Pentium que utilizan el núcleo Presler 4EE, básicamente se puede considerar que el núcleo Presler es simplemente el producto de dos núcleos Cedar Mill ligeramente acoplados.

Núcleo de 1ª generación

Adopta la arquitectura central de Yonah.

[3] Core 2 generación

Utiliza núcleo Conroe (incompleto).

"Core" es una nueva microarquitectura líder en ahorro de energía. El punto de partida del diseño es proporcionar un rendimiento y una eficiencia energética excepcionales y mejorar el rendimiento por vatio, que es el llamado ratio de eficiencia energética. . Los primeros núcleos se basaban en procesadores de portátiles.

[Editar este párrafo] Varios empaques

La CPU masiva solo tiene una CPU y no tiene empaque. Normalmente la garantía de la tienda es de un año. Generalmente, lo proporciona el fabricante al instalador, pero el instalador no puede utilizarlo y fluye hacia el mercado. Algunos distribuidores combinan CPU a granel con ventiladores y los empaquetan para que parezcan originales, convirtiéndolos así en productos reenvasados.

CPU en paquete original, también llamada CPU en caja. La CPU en paquete original es un producto de CPU lanzado por el fabricante para el mercado minorista, con ventiladores originales y una garantía del fabricante de tres años.

De hecho, no existe una diferencia de calidad entre las CPU a granel y en caja. La principal diferencia radica en los diferentes canales y, por lo tanto, las diferentes garantías de las CPU en caja tienen básicamente una garantía de 3 años, mientras que las CPU a granel solo tienen una garantía de 1 año. que viene con una CPU en caja está empaquetado con el ventilador original de fábrica, mientras que la versión suelta no coincide con el ventilador, o el distribuidor puede hacerlo él mismo.

La CPU de caja negra se refiere a la CPU sin reloj de primer nivel lanzada por el fabricante, como la caja negra 500 de AMD. Este tipo de CPU no tiene ventilador y es un producto minorista lanzado por el fabricante. fabricante específicamente para usuarios de overclocking.

CPU de paquete profundo, también llamada CPU flip-pack. El distribuidor empaquetará la CPU a granel y agregará los ventiladores él mismo. No hay garantía del fabricante, sólo garantía de la tienda, normalmente de tres años. O introducir de contrabando la CPU en el país desde el extranjero, volver a empaquetarla y agregarle un ventilador. Este tipo está libre de impuestos y es un poco más barato que el granel.