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中央處理器
一塊超大規(guī)模的集成電路
一臺計算機的運算核心和控制核心
中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心和控制核心。主要包括運算器（ALU，Arithmetic and Logic Unit）和控制器（CU，Control Unit）兩大部件。此外，還包括若干個寄存器和高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。它與內(nèi)部存儲器和輸入/輸出設(shè)備合稱為電子計算機三大核心部件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。計算機的性能在很大程度上由CPU的性能所決定，而CPU的性能主要體現(xiàn)在其運行程序的速度上。
基本信息
| 中文名 | 中央處理器 |
| 外文名 | Central Processing Unit |
| 別名 | CPU |
| 發(fā)行時間 | 1971年 |
| 開發(fā)商 | Intel AMD VIA 龍芯 全美達 |
| 所屬類別 | 計算機系統(tǒng)的執(zhí)行單元 |
| 功能 | 信息處理、程序運行的最終執(zhí)行單元 |
| 運行工作 | 處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù) |
收起
簡介
中央處理器（CPU），是電子計算機的主要設(shè)備之一，電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。CPU是計算機中負(fù)責(zé)讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。中央處理器主要包括兩個部分，即控制器、運算器，其中還包括高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內(nèi)部存儲器、輸入/輸出設(shè)備。中央處理器的功效主要為處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)。
在計算機體系結(jié)構(gòu)中，CPU 是對計算機的所有硬件資源（如存儲器、輸入輸出單元）進行控制調(diào)配、執(zhí)行通用運算的核心硬件單元。CPU 是計算機的運算和控制核心。計算機系統(tǒng)中所有軟件層的操作，最終都將通過指令集映射為CPU的操作。
物理結(jié)構(gòu)
cpu
邏輯部件
英文Logiccomponents；運算邏輯部件?？梢詧?zhí)行定點或浮點算術(shù)運算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執(zhí)行地址運算和轉(zhuǎn)換。
控制部件
英文Controlunit；控制部件，主要是負(fù)責(zé)對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執(zhí)行的各個操作的控制信號。
微存儲中保持微碼，每一個微碼對應(yīng)于一個最基本的微操作，又稱微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構(gòu)成微程序。中央處理器在對指令譯碼以后，即發(fā)出一定時序的控制信號，按給定序列的順序以微周期為節(jié)拍執(zhí)行由這些微碼確定的若干個微操作，即可完成某條指令的執(zhí)行。簡單指令是由（3～5）個微操作組成，復(fù)雜指令則要由幾十個微操作甚至幾百個微操作組成。
主要功能
處理指令
英文Processinginstructions；這是指控制程序中指令的執(zhí)行順序。程序中的各指令之間是有嚴(yán)格順序的，必須嚴(yán)格按程序規(guī)定的順序執(zhí)行，才能保證計算機系統(tǒng)工作的正確性。
執(zhí)行操作
英文Performanaction；一條指令的功能往往是由計算機中的部件執(zhí)行一系列的操作來實現(xiàn)的。CPU要根據(jù)指令的功能，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，發(fā)給相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作。
控制時間
英文Controltime；時間控制就是對各種操作實施時間上的定時。在一條指令的執(zhí)行過程中，在什么時間做什么操作均應(yīng)受到嚴(yán)格的控制。只有這樣，計算機才能有條不紊地工作。
處理數(shù)據(jù)
即對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算，或進行其他的信息處理。
其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行指令。在微型計算機中又稱微處理器，計算機的所有操作都受CPU控制，CPU的性能指標(biāo)直接決定了微機系統(tǒng)的性能指標(biāo)。CPU具有以下4個方面的基本功能：數(shù)據(jù)通信，資源共享，分布式處理，提供系統(tǒng)可靠性。運作原理可基本分為四個階段：提?。‵etch）、解碼（Decode）、執(zhí)行（Execute）和寫回（Writeback）。
工作過程
提取
第一階段，提取，從存儲器或高速緩沖存儲器中檢索指令（為數(shù)值或一系列數(shù)值）。由程序計數(shù)器（Program Counter）指定存儲器的位置。(程序計數(shù)器保存供識別程序位置的數(shù)值。換言之，程序計數(shù)器記錄了CPU在程序里的蹤跡。)
解碼
解碼線路
執(zhí)行
在提取和解碼階段之后，緊接著進入執(zhí)行階段。該階段中，連接到各種能夠進行所需運算的CPU部件。
例如，要求一個加法運算，算術(shù)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）將會連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數(shù)值，而輸出將含有總和的結(jié)果。ALU內(nèi)含電路系統(tǒng)，易于輸出端完成簡單的普通運算和邏輯運算（比如加法和位元運算）。如果加法運算產(chǎn)生一個對該CPU處理而言過大的結(jié)果，在標(biāo)志暫存器里可能會設(shè)置運算溢出（Arithmetic Overflow）標(biāo)志。
寫回
最終階段，寫回，以一定格式將執(zhí)行階段的結(jié)果簡單的寫回。運算結(jié)果經(jīng)常被寫進CPU內(nèi)部的暫存器，以供隨后指令快速存取。在其它案例中，運算結(jié)果可能寫進速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會操作程序計數(shù)器，而不直接產(chǎn)生結(jié)果。這些一般稱作“跳轉(zhuǎn)”（Jumps），并在程式中帶來循環(huán)行為、條件性執(zhí)行（透過條件跳轉(zhuǎn)）和函式。許多指令會改變標(biāo)志暫存器的狀態(tài)位元。這些標(biāo)志可用來影響程式行為，緣由于它們時常顯出各種運算結(jié)果。例如，以一個“比較”指令判斷兩個值大小，根據(jù)比較結(jié)果在標(biāo)志暫存器上設(shè)置一個數(shù)值。這個標(biāo)志可借由隨后跳轉(zhuǎn)指令來決定程式動向。在執(zhí)行指令并寫回結(jié)果之后，程序計數(shù)器值會遞增，反復(fù)整個過程，下一個指令周期正常的提取下一個順序指令。
性能參數(shù)
計算機的性能在很大程度上由CPU的性能所決定，而CPU的性能主要體現(xiàn)在其運行程序的速度上。影響運行速度的性能指標(biāo)包括CPU的工作頻率、Cache容量、指令系統(tǒng)和邏輯結(jié)構(gòu)等參數(shù)。
主頻
主頻也叫時鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運算、處理數(shù)據(jù)的速度。通常，主頻越高，CPU處理數(shù)據(jù)的速度就越快。
外頻
外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。通俗地說，在臺式機中，所說的超頻，都是超CPU的外頻（當(dāng)然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點是很好理解的。但對于服務(wù)器CPU來講，超頻是絕對不允許的。前面說到CPU決定著主板的運行速度，兩者是同步運行的，如果把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會產(chǎn)生異步運行，（臺式機很多主板都支持異步運行）這樣會造成整個服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻與主板前端總線不是同步速度的，而外頻與前端總線（FSB）頻率又很容易被混為一談。
總線頻率
AMD 羿龍II X4 955黑盒
外頻與前端總線（FSB）頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一億次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。
倍頻系數(shù)
倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)－CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，少量的如Intel酷睿2核心的奔騰雙核E6500K和一些至尊版的CPU不鎖倍頻，而AMD之前都沒有鎖，AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶可以自由調(diào)節(jié)倍頻，調(diào)節(jié)倍頻的超頻方式比調(diào)節(jié)外頻穩(wěn)定得多）。
緩存
緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統(tǒng)內(nèi)存 和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。
L1Cache(一級緩存）是CPU第一層高速緩存，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般服務(wù)器CPU的L1緩存的容量通常在32－256KB。
L2Cache（二級緩存）是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部兩種芯片。內(nèi)部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，以前家庭用CPU容量最大的是512KB，筆記本電腦中也可以達到2M，而服務(wù)器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高，可以達到8M以上。
L3Cache(三級緩存），分為兩種，早期的是外置，內(nèi)存延遲，同時提升大數(shù)據(jù)量計算時處理器的性能。降低內(nèi)存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計算能力對游戲都很有幫助。而在服務(wù)器領(lǐng)域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內(nèi)存會更有效，故它比較慢的磁盤I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統(tǒng)緩存行為及較短消息和處理器隊列長度。
其實最早的L3緩存被應(yīng)用在AMD發(fā)布的K6-III處理器上，當(dāng)時的L3緩存受限于制造工藝，并沒有被集成進芯片內(nèi)部，而是集成在主板上。在只能夠和系統(tǒng)總線頻率同步的L3緩存同主內(nèi)存其實差不了多少。后來使用L3緩存的是英特爾為服務(wù)器市場所推出的Itanium處理器。接著就是P4EE和至強MP。Intel還打算推出一款9MBL3緩存的Itanium2處理器，和以后24MBL3緩存的雙核心Itanium2處理器。
但基本上L3緩存對處理器的性能提高顯得不是很重要，比方配備1MBL3緩存的XeonMP處理器卻仍然不是Opteron的對手，由此可見前端總線的增加，要比緩存增加帶來更有效的性能提升。
制造工藝
CPU制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設(shè)計，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復(fù)雜的電路設(shè)計。主要的180nm、130nm、90nm、65nm、45納米、22nm，intel已經(jīng)于2010年發(fā)布32納米的制造工藝的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列并于2012年4月發(fā)布了22納米酷睿i3/i5/i7系列。并且已有14nm產(chǎn)品的計劃（據(jù)新聞報道14nm將于2013年下半年在筆記本處理器首發(fā)。）。而AMD則表示、自己的產(chǎn)品將會直接跳過32nm工藝（2010年第三季度生產(chǎn)少許32nm產(chǎn)品、如Orochi、Llano）于2011年中期初發(fā)布28nm的產(chǎn)品（APU）。TrinityAPU已在2012年10月2日正式發(fā)布，工藝仍然32nm，28nm工藝代號Kaveri反復(fù)推遲。2013年上市的28nm的Apu僅有平板與筆記本低端處理器，代號Kabini。而且鮮為人知，市場反應(yīng)平常。據(jù)可靠消息，2014年上半年可能有28nm的臺式Apu發(fā)布，其gpu將采用GCN架構(gòu)，與高端A卡同架構(gòu)。
指令集
CPU依靠指令來自計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。
從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜指令集和精簡指令集兩部分（指令集共有四個種類），而從具體運用看，如Intel的MMX（Multi Media Extended，此為AMD猜測的全稱，Intel并沒有說明詞源）、SSE、SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）、SSE3、SSE4系列和AMD的3DNow！等都是CPU的擴展指令集，分別增強了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。
通常會把CPU的擴展指令集稱為”CPU的指令集”。SSE3指令集也是規(guī)模最小的指令集，此前MMX包含有57條命令，SSE包含有50條命令，SSE2包含有144條命令，SSE3包含有13條命令。
從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O電壓兩種，通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中內(nèi)核電壓的大小是根據(jù)CPU的生產(chǎn)工藝而定，一般制作工藝越小，內(nèi)核工作電壓越低；I/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題。
CISC
CISC指令集，也稱為復(fù)雜指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computing的縮寫）。在CISC微處理器中，程序的各條指令是按順序串行執(zhí)行的，每條指令中的各個操作也是按順序串行執(zhí)行的。順序執(zhí)行的優(yōu)點是控制簡單，但計算機各部分的利用率不高，執(zhí)行速度慢。其實它是英特爾生產(chǎn)的x86系列（也就是IA-32架構(gòu)）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是新起的X86-64（也說成AMD64）都是屬于CISC的范疇。
要知道什么是指令集還要從當(dāng)今的X86架構(gòu)的CPU說起。X86指令集是Intel為其第一塊16位CPU(i8086）專門開發(fā)的，IBM1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU－i8088(i8086簡化版）使用的也是X86指令，同時電腦中為提高浮點數(shù)據(jù)處理能力而增加了X87芯片，以后就將X86指令集和X87指令集統(tǒng)稱為X86指令集。
雖然隨著CPU技術(shù)的不斷發(fā)展，Intel陸續(xù)研制出更新型的i80386.i80486直到過去的PII至強、PIII至強、Pentium 3，Pentium 4系列，最后到今天的酷睿2系列、至強（不包括至強Nocona），但為了保證電腦能繼續(xù)運行以往開發(fā)的各類應(yīng)用程序以保護和繼承豐富的軟件資源，所以Intel公司所生產(chǎn)的所有CPU仍然繼續(xù)使用X86指令集，所以它的CPU仍屬于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU（如AMD Athlon MP、）都使用X86指令集，所以就形成了今天龐大的X86系列及兼容CPU陣容。x86CPU主要有intel的服務(wù)器CPU和AMD的服務(wù)器CPU兩類。
RISC
中央處理器
復(fù)雜的指令系統(tǒng)必然增加微處理器的復(fù)雜性，使處理器的研制時間長，成本高。并且復(fù)雜指令需要復(fù)雜的操作，必然會降低計算機的速度?；谏鲜鲈?，20世紀(jì)80年代RISC型CPU誕生了，相對于CISC型CPU,RISC型CPU不僅精簡了指令系統(tǒng)，還采用了一種叫做“超標(biāo)量和超流水線結(jié)構(gòu)”，大大增加了并行處理能力。RISC指令集是高性能CPU的發(fā)展方向。它與傳統(tǒng)的CISC（復(fù)雜指令集）相對。相比而言，RISC的指令格式統(tǒng)一，種類比較少，尋址方式也比復(fù)雜指令集少。當(dāng)然處理速度就提高很多了。在中高檔服務(wù)器中普遍采用這一指令系統(tǒng)的CPU，特別是高檔服務(wù)器全都采用RISC指令系統(tǒng)的CPU。RISC指令系統(tǒng)更加適合高檔服務(wù)器的操作系統(tǒng)Windows 7，Linux也屬于類似Windows OS(UNIX)的操作系統(tǒng)。RISC型CPU與Intel和AMD的CPU在軟件和硬件上都不兼容。
IA-64
EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computers，精確并行指令計算機）是否是RISC和CISC體系的繼承者的爭論已經(jīng)有很多，單以EPIC體系來說，它更像Intel的處理器邁向RISC體系的重要步驟。從理論上說，EPIC體系設(shè)計的CPU，在相同的主機配置下，處理Windows的應(yīng)用軟件比基于Unix下的應(yīng)用軟件要好得多。
Intel采用EPIC技術(shù)的服務(wù)器CPU是安騰Itanium（開發(fā)代號即Merced）。它是86位處理器，也是IA－64系列中的第一款。微軟也已開發(fā)了代號為Win64的操作系統(tǒng)，在軟件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后，它又轉(zhuǎn)而尋求更先進的86-bit微處理器，Intel這樣做的原因是，它們想擺脫容量巨大的x86架構(gòu)，從而引入精力充沛而又功能強大的指令集，于是采用EPIC指令集的IA-64(x92)架構(gòu)便誕生了。IA-64 (x92)在很多方面來說，都比x86有了長足的進步。突破了傳統(tǒng)IA32架構(gòu)的許多限制，在數(shù)據(jù)的處理能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可用性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。
IA-64微處理器最大的缺陷是它們?nèi)狈εcx86的兼容，而Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件，它在IA-64處理器上（Itanium、Itanium2 ……）引入了x86-to-IA-64的解碼器，這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器，也不是運行x86代碼的最好途徑（最好的途徑是直接在x86處理器上運行x86代碼），因此Itanium 和Itanium2在運行x86應(yīng)用程序時候的性能非常糟糕。這也成為X86-64產(chǎn)生的根本原因。
處理技術(shù)
在解釋超流水線與超標(biāo)量前，先了解流水線（Pipeline）。流水線是Intel首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由5－6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然后將一條X86指令分成5－6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，這樣就能實現(xiàn)在一個CPU時鐘周期完成一條指令，因此提高CPU的運算速度。經(jīng)典奔騰每條整數(shù)流水線都分為四級流水，即指令預(yù)取、譯碼、執(zhí)行、寫回結(jié)果，浮點流水又分為八級流水。
cpu
多線程
同時多線程SimultaneousMultithreading，簡稱SMT。SMT可通過復(fù)制處理器上的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，讓同一個處理器上的多個線程同步執(zhí)行并共享處理器的執(zhí)行資源，可最大限度地實現(xiàn)寬發(fā)射、亂序的超標(biāo)量處理，提高處理器運算部件的利用率，緩和由于數(shù)據(jù)相關(guān)或Cache未命中帶來的訪問內(nèi)存延時。當(dāng)沒有多個線程可用時，SMT處理器幾乎和傳統(tǒng)的寬發(fā)射超標(biāo)量處理器一樣。SMT最具吸引力的是只需小規(guī)模改變處理器核心的設(shè)計，幾乎不用增加額外的成本就可以顯著地提升效能。多線程技術(shù)則可以為高速的運算核心準(zhǔn)備更多的待處理數(shù)據(jù)，減少運算核心的閑置時間。這對于桌面低端系統(tǒng)來說無疑十分具有吸引力。Intel從3.06GHzPentium4開始，部分處理器將支持SMT技術(shù)。
多核心
多核心，也指單芯片多處理器（ChipMultiprocessors，簡稱CMP）。CMP是由美國斯坦福大學(xué)提出的，其思想是將大規(guī)模并行處理器中的SMP（對稱多處理器）集成到同一芯片內(nèi)，各個處理器并行執(zhí)行不同的進程。這種依靠多個CPU同時并行地運行程序是實現(xiàn)超高速計算的一個重要方向，稱為并行處理。與CMP比較，SMT處理器結(jié)構(gòu)的靈活性比較突出。但是，當(dāng)半導(dǎo)體工藝進入0.18微米以后，線延時已經(jīng)超過了門延遲，要求微處理器的設(shè)計通過劃分許多規(guī)模更小、局部性更好的基本單元結(jié)構(gòu)來進行。相比之下，由于CMP結(jié)構(gòu)已經(jīng)被劃分成多個處理器核來設(shè)計，每個核都比較簡單，有利于優(yōu)化設(shè)計，因此更有發(fā)展前途。IBM的Power4芯片和Sun的MAJC5200芯片都采用了CMP結(jié)構(gòu)。多核處理器可以在處理器內(nèi)部共享緩存，提高緩存利用率，同時簡化多處理器系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。但這并不是說明，核心越多，性能越高，比如說16核的CPU就沒有8核的CPU運算速度快，因為核心太多，而不能合理進行分配，所以導(dǎo)致運算速度減慢。在買電腦時請酌情選擇。2005年下半年，Intel和AMD的新型處理器也將融入CMP結(jié)構(gòu)。新安騰處理器開發(fā)代碼為Montecito，采用雙核心設(shè)計，擁有最少18MB片內(nèi)緩存，采取90nm工藝制造。它的每個單獨的核心都擁有獨立的L1，L2和L3cache，包含大約10億支晶體管。
SMP
SMP（SymmetricMulti-Processing），對稱多處理結(jié)構(gòu)的簡稱，是指在一個計算機上匯集了一組處理器（多CPU），各CPU之間共享內(nèi)存子系統(tǒng)以及總線結(jié)構(gòu)。在這種技術(shù)的支持下，一個服務(wù)器系統(tǒng)可以同時運行多個處理器，并共享內(nèi)存和其他的主機資源。像雙至強，也就是所說的二路，這是在對稱處理器系統(tǒng)中最常見的一種（至強MP可以支持到四路，AMDOpteron可以支持1-8路）。也有少數(shù)是16路的。但是一般來講，SMP結(jié)構(gòu)的機器可擴展性較差，很難做到100個以上多處理器，常規(guī)的一般是8個到16個，不過這對于多數(shù)的用戶來說已經(jīng)夠用了。在高性能服務(wù)器和工作站級主板架構(gòu)中最為常見，像UNIX服務(wù)器可支持最多256個CPU的系統(tǒng)。
構(gòu)建一套SMP系統(tǒng)的必要條件是：支持SMP的硬件包括主板和CPU；支持SMP的系統(tǒng)平臺，再就是支持SMP的應(yīng)用軟件。為了能夠使得SMP系統(tǒng)發(fā)揮高效的性能，操作系統(tǒng)必須支持SMP系統(tǒng)，如WINNT、LINUX、以及UNIX等等32位操作系統(tǒng)。即能夠進行多任務(wù)和多線程處理。多任務(wù)是指操作系統(tǒng)能夠在同一時間讓不同的CPU完成不同的任務(wù)；多線程是指操作系統(tǒng)能夠使得不同的CPU并行的完成同一個任務(wù)。
要組建SMP系統(tǒng)，對所選的CPU有很高的要求，首先、CPU內(nèi)部必須內(nèi)置APIC（AdvancedProgrammableInterruptControllers）單元。Intel多處理規(guī)范的核心就是高級可編程中斷控制器（AdvancedProgrammableInterruptControllers–APICs）的使用；再次，相同的產(chǎn)品型號，同樣類型的CPU核心，完全相同的運行頻率；最后，盡可能保持相同的產(chǎn)品序列編號，因為兩個生產(chǎn)批次的CPU作為雙處理器運行的時候，有可能會發(fā)生一顆CPU負(fù)擔(dān)過高，而另一顆負(fù)擔(dān)很少的情況，無法發(fā)揮最大性能，更糟糕的是可能導(dǎo)致死機。
NUMA技術(shù)
NUMA即非一致訪問分布共享存儲技術(shù)，它是由若干通過高速專用網(wǎng)絡(luò)連接起來的獨立節(jié)點構(gòu)成的系統(tǒng)，各個節(jié)點可以是單個的CPU或是SMP系統(tǒng)。在NUMA中，Cache的一致性有多種解決方案，一般采用硬件技術(shù)實現(xiàn)對cache的一致性維護，通常需要操作系統(tǒng)針對NUMA訪存不一致的特性（本地內(nèi)存和遠端內(nèi)存訪存延遲和帶寬的不同）進行特殊優(yōu)化以提高效率，或采用特殊軟件編程方法提高效率。NUMA系統(tǒng)的例子。這里有3個SMP模塊用高速專用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)起來，組成一個節(jié)點，每個節(jié)點可以有12個CPU。像Sequent的系統(tǒng)最多可以達到64個CPU甚至256個CPU。顯然，這是在SMP的基礎(chǔ)上，再用NUMA的技術(shù)加以擴展，是這兩種技術(shù)的結(jié)合。
亂序執(zhí)行
亂序執(zhí)行（out-of-orderexecution），是指CPU允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理的技術(shù)。這樣將根據(jù)個電路單元的狀態(tài)和各指令能否提前執(zhí)行的具體情況分析后，將能提前執(zhí)行的指令立即發(fā)送給相應(yīng)電路單元執(zhí)行，在這期間不按規(guī)定順序執(zhí)行指令，然后由重新排列單元將各執(zhí)行單元結(jié)果按指令順序重新排列。采用亂序執(zhí)行技術(shù)的目的是為了使CPU內(nèi)部電路滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)并相應(yīng)提高了CPU的運行程序的速度。
分枝技術(shù)
（branch）指令進行運算時需要等待結(jié)果，一般無條件分枝只需要按指令順序執(zhí)行，而條件分枝必須根據(jù)處理后的結(jié)果，再決定是否按原先順序進行。
控制器
許多應(yīng)用程序擁有更為復(fù)雜的讀取模式（幾乎是隨機地，特別是當(dāng)cachehit不可預(yù)測的時候），并且沒有有效地利用帶寬。典型的這類應(yīng)用程序就是業(yè)務(wù)處理軟件，即使擁有如亂序執(zhí)行（outoforderexecution）這樣的CPU特性，也會受內(nèi)存延遲的限制。這樣CPU必須得等到運算所需數(shù)據(jù)被除數(shù)裝載完成才能執(zhí)行指令（無論這些數(shù)據(jù)來自CPUcache還是主內(nèi)存系統(tǒng)）。當(dāng)前低段系統(tǒng)的內(nèi)存延遲大約是120－150ns，而CPU速度則達到了4GHz以上，一次單獨的內(nèi)存請求可能會浪費200－300次CPU循環(huán)。即使在緩存命中率（cachehitrate）達到99.9%的情況下，CPU也可能會花50%的時間來等待內(nèi)存請求的結(jié)束－比如因為內(nèi)存延遲的緣故。
在處理器內(nèi)部整合內(nèi)存控制器，使得北橋芯片將變得不那么重要，改變了處理器訪問主存的方式，有助于提高帶寬、降低內(nèi)存延時和提升處理器性制造工藝：Intel的I5可以達到28納米，在將來的CPU制造工藝可以達到22納米。
在ICT的應(yīng)用
CPU應(yīng)用
產(chǎn)品選購
核數(shù)選擇
如果玩游戲的話，個人認(rèn)為四核也是必要的。因為按照60%并行計算的話，雙核加速比例約1.6倍，而四核至少能有2.2倍（永遠不可能達到4倍除非你的游戲不需要顯卡而且只是和國際象棋一樣）這樣算下來只要是支持四核的游戲，四核還是比雙核有優(yōu)勢的。
防假指南
看編號
這個方法對Intel和AMD的處理器同樣有效，每一顆正品盒裝處理器都有一個唯一的編號，在產(chǎn)品的包裝盒上的條形碼和處理器表面都會標(biāo)明這個編號，這個編號相當(dāng)于手機的IMEI碼，如果你購買了處理器后發(fā)現(xiàn)這兩個編號是不一樣的，那就可以肯定你買的這個產(chǎn)品是被不法商人掉包過的了。
看包裝
不法商人利用包裝偷龍轉(zhuǎn)鳳是比較常用的手法，主要是出現(xiàn)在Intel的CPU上，Intel盒裝處理器與散包處理器的區(qū)別就在于三年質(zhì)保，價格方面相差幾十到上百元不等。當(dāng)然，AMD盒裝也是假貨充斥，尤其以閃龍2500+與E6 3000+為多。由于不法商人的工藝制作水平有限，雖然假包裝已經(jīng)成為一個小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，但在包裝盒的印刷制作上還是不可能達到正品包裝盒的標(biāo)準(zhǔn)，因此，我們可以從包裝盒的印刷等方面入手，識別真假。
以AMD的包裝盒為例，沒有拆封過的包裝盒貼有一張標(biāo)貼，如果沒有這張標(biāo)貼，那肯定是假貨。而這張標(biāo)貼也是鑒別包裝盒真?zhèn)蔚囊粋€切入點。從圖中可以看到，正品的標(biāo)貼通過機器刻上了“十”字形的割痕，在撕開后這張標(biāo)貼就會損壞而作廢。而假的包裝盒上面也有這張標(biāo)貼，也同樣有這個“十”字形的割痕，不過請注意，正品的“十”字形割痕中間并沒有連在一起，而且割痕的長短深度都非常均勻，而假貨的標(biāo)貼往往是制假者自己用刀片割上去的，如果消費者發(fā)現(xiàn)這個“十”字形的割痕長短不一，而且中間連在一起，那就可以肯定這是被人動過手腳的了。
另外，由于這個方法的鑒別非常簡單，一些不法商人就通過在包裝盒上貼上新的編號魚目混珠。鑒別真假的編號也要從印刷上來分辨。正規(guī)產(chǎn)品的編號條形碼采用的是點陣噴碼，字跡清晰，而且能夠清楚的看到數(shù)字是由一個個“點”組成。而假冒的條形碼是用普遍印刷的，字跡較模糊且有粘連感，另外所采用的字體也不盡相同。如果發(fā)現(xiàn)這個條形碼的印刷太差，字跡模糊，最好就不要購買了。
看風(fēng)扇
這個方法主要還是針對Intel處理器，打開CPU的包裝后，可以查看原裝的風(fēng)扇正中的防偽標(biāo)簽，真的Intel盒包CPU防偽標(biāo)簽為立體式防偽，除了底層圖案會有變化外，還會出現(xiàn)立體的“Intel”標(biāo)志。而假的盒包CPU，其防偽標(biāo)識只有底層圖案的變化，沒有“Intel”的標(biāo)志，而且散熱片很稀疏比。
發(fā)展歷史
計算機的發(fā)展主要表現(xiàn)在其核心部件——微處理器的發(fā)展上，每當(dāng)一款新型的微處理器出現(xiàn)時，就會帶動計算機系統(tǒng)的其他部件的相應(yīng)發(fā)展，如計算機體系結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化，存儲器存取容量的不斷增大、存取速度的不斷提高，外圍設(shè)備的不斷改進以及新設(shè)備的不斷出現(xiàn)等。
根據(jù)微處理器的字長和功能，可將其發(fā)展劃分為以下幾個階段。
第1階段
第1階段（1971——1973年）是4位和8位低檔微處理器時代，通常稱為第1代，其典型產(chǎn)品是Intel4004和Intel8008微處理器和分別由它們組成的MCS-4和MCS-8微機?；咎攸c是采用PMOS工藝，集成度低（4000個晶體管/片），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)都比較簡單，主要采用機器語言或簡單的匯編語言，指令數(shù)目較少（20多條指令），基本指令周期為20~50μs，用于簡單的控制場合。
Intel在1969年為日本計算機制造商Busicom的一項專案，著手開發(fā)第一款微處理器，為一系列可程式化計算機研發(fā)多款晶片。最終，英特爾在1971年11月15日向全球市場推出4004微處理器，當(dāng)年Intel 4004處理器每顆售價為200美元。4004 是英特爾第一款微處理器，為日后開發(fā)系統(tǒng)智能功能以及個人電腦奠定發(fā)展基礎(chǔ)，其晶體管數(shù)目約為2300顆。
第2階段
第2階段（1974——1977年）是8位中高檔微處理器時代，通常稱為第2代，其典型產(chǎn)品是Intel8080/8085、Motorola公司、Zilog公司的Z80等。它們的特點是采用NMOS工藝，集成度提高約4倍，運算速度提高約10~15倍（基本指令執(zhí)行時間1~2μs）。指令系統(tǒng)比較完善，具有典型的計算機體系結(jié)構(gòu)和中斷、DMA等控制功能。軟件方面除了匯編語言外，還有BASIC、FORTRAN等高級語言和相應(yīng)的解釋程序和編譯程序，在后期還出現(xiàn)了操作系統(tǒng)。
1974年，Intel推出8080處理器，并作為Altair個人電腦的運算核心，Altair在《星艦奇航》電視影集中是企業(yè)號太空船的目的地。電腦迷當(dāng)時可用395美元買到一組Altair的套件。它在數(shù)個月內(nèi)賣出數(shù)萬套，成為史上第一款下訂單后制造的機種。Intel 8080晶體管數(shù)目約為6千顆。
第3階段
第3階段（1978——1984年）是16位微處理器時代，通常稱為第3代，其典型產(chǎn)品是Intel公司的8086/8088，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微處理器。其特點是采用HMOS工藝，集成度（20000~70000晶體管/片）和運算速度（基本指令執(zhí)行時間是0.5μs）都比第2代提高了一個數(shù)量級。指令系統(tǒng)更加豐富、完善，采用多級中斷、多種尋址方式、段式存儲機構(gòu)、硬件乘除部件，并配置了軟件系統(tǒng)。這一時期著名微機產(chǎn)品有IBM公司的個人計算機。1981年IBM公司推出的個人計算機采用8088CPU。緊接著1982年又推出了擴展型的個人計算機IBM PC/XT，它對內(nèi)存進行了擴充，并增加了一個硬磁盤驅(qū)動器。
80286（也被稱為286）是英特爾首款能執(zhí)行所有舊款處理器專屬軟件的處理器，這種軟件相容性之后成為英特爾全系列微處理器的注冊商標(biāo)，在6年的銷售期中，估計全球各地共安裝了1500萬部286個人電腦。Intel 80286處理器晶體管數(shù)目為13萬4千顆。1984年，IBM公司推出了以80286處理器為核心組成的16位增強型個人計算機IBM PC/AT。由于IBM公司在發(fā)展個人計算機時采用 了技術(shù)開放的策略，使個人計算機風(fēng)靡世界。
第4階段
第4階段（1985——1992年）是32位微處理器時代，又稱為第4代。其典型產(chǎn)品是Intel公司的80386/80486，Motorola公司的M69030/68040等。其特點是采用HMOS或CMOS工藝，集成度高達100萬個晶體管/片，具有32位地址線和32位數(shù)據(jù)總線。每秒鐘可完成600萬條指令（Million Instructions Per Second，MIPS）。微型計算機的功能已經(jīng)達到甚至超過超級小型計算機，完全可以勝任多任務(wù)、多用戶的作業(yè)。同期，其他一些微處理器生產(chǎn)廠商（如AMD、TEXAS等）也推出了80386/80486系列的芯片。
80386DX的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線是32位，地址總線也是32位，可以尋址到4GB內(nèi)存，并可以管理64TB的虛擬存儲空間。它的運算模式除了具有實模式和保護模式以外，還增加了一種“虛擬86”的工作方式，可以通過同時模擬多個8086微處理器來提供多任務(wù)能力。80386SX是Intel為了擴大市場份額而推出的一種較便宜的普及型CPU，它的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，它可以接受為80286開發(fā)的16位輸入/輸出接口芯片，降低整機成本。80386SX推出后，受到市場的廣泛的歡迎，因為80386SX的性能大大優(yōu)于80286，而價格只是80386的三分之一。Intel 80386 微處理器內(nèi)含275,000 個晶體管—比當(dāng)初的4004多了100倍以上，這款32位元處理器首次支持多工任務(wù)設(shè)計，能同時執(zhí)行多個程序。Intel 80386晶體管數(shù)目約為27萬5千顆。
1989年，我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由英特爾推出。這款經(jīng)過四年開發(fā)和3億美元資金投入的芯片的偉大之處在于它首次實破了100萬個晶體管的界限，集成了120萬個晶體管，使用1微米的制造工藝。80486的時鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。
80486是將80386和數(shù)學(xué)協(xié)微處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內(nèi)。80486中集成的80487的數(shù)字運算速度是以前80387的兩倍，內(nèi)部緩存縮短了微處理器與慢速DRAM的等待時間。并且，在80x86系列中首次采用了RISC（精簡指令集）技術(shù)，可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，大大提高了與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。由于這些改進，80486的性能比帶有80387數(shù)學(xué)協(xié)微處理器的80386 DX性能提高了4倍。
第5階段
處理器芯片
1997年推出的Pentium II處理器結(jié)合了Intel MMX技術(shù)，能以極高的效率處理影片、音效、以及繪圖資料，首次采用Single Edge Contact (S.E.C) 匣型封裝，內(nèi)建了高速快取記憶體。這款晶片讓電腦使用者擷取、編輯、以及透過網(wǎng)絡(luò)和親友分享數(shù)位相片、編輯與新增文字、音樂或制作家庭電影的轉(zhuǎn)場效果、使用可視電話以及透過標(biāo)準(zhǔn)電話線與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)傳送影片，Intel Pentium II處理器晶體管數(shù)目為750萬顆。
1999年推出的Pentium III處理器加入70個新指令，加入網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)串流SIMD延伸集稱為MMX，能大幅提升先進影像、3D、串流音樂、影片、語音辨識等應(yīng)用的性能，它能大幅提升網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的使用經(jīng)驗，讓使用者能瀏覽逼真的線上博物館與商店，以及下載高品質(zhì)影片，Intel首次導(dǎo)入0.25微米技術(shù)，Intel Pentium III晶體管數(shù)目約為950萬顆。
與此同年，英特爾還發(fā)布了Pentium IIIXeon處理器。作為Pentium II Xeon的后繼者，除了在內(nèi)核架構(gòu)上采納全新設(shè)計以外，也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集，以更好執(zhí)行多媒體、流媒體應(yīng)用軟件。除了面對企業(yè)級的市場以外，Pentium III Xeon加強了電子商務(wù)應(yīng)用與高階商務(wù)計算的能力。在緩存速度與系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)上，也有很多進步，很大程度提升了性能，并為更好的多處理器協(xié)同工作進行了設(shè)計。
2000年英特爾發(fā)布了Pentium 4處理器。用戶使用基于Pentium 4處理器的個人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實時進行語音、影像通訊，實時3D渲染，快速進行MP3編碼解碼運算，在連接因特網(wǎng)時運行多個多媒體軟件。
Pentium 4還提供的SSE2指令集，這套指令集增加144個全新的指令，在128bit壓縮的數(shù)據(jù)，在SSE時，僅能以4個單精度浮點值的形式來處理，而在SSE2指令集，該資料能采用多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來處理：
4個單精度浮點數(shù)(SSE)對應(yīng)2個雙精度浮點數(shù)(SSE2)；對應(yīng)16字節(jié)數(shù)(SSE2)；對應(yīng)8個字?jǐn)?shù)(word)；對應(yīng)4個雙字?jǐn)?shù)(SSE2)；對應(yīng)2個四字?jǐn)?shù)(SSE2)；對應(yīng)1個128位長的整數(shù)(SSE2) 。
2003年英特爾發(fā)布了Pentium M(mobile)處理器。以往雖然有移動版本的Pentium II、III，甚至是Pentium 4-M產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品仍然是基于臺式電腦處理器的設(shè)計，再增加一些節(jié)能，管理的新特性而已。即便如此，Pentium III-M和Pentium 4-M的能耗遠高于專門為移動運算設(shè)計的CPU，例如全美達的處理器。
英特爾Pentium M處理器結(jié)合了855芯片組家族與Intel PRO/Wireless2100網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機技術(shù)，成為英特爾Centrino(迅馳)移動運算技術(shù)的最重要組成部分。Pentium M處理器可提供高達1.60GHz的主頻速度，并包含各種效能增強功能，如：最佳化電源的400MHz系統(tǒng)總線、微處理作業(yè)的融合(Micro-OpsFusion)和專門的堆棧管理器(Dedicated Stack Manager)，這些工具可以快速執(zhí)行指令集并節(jié)省電力。
2005年Intel推出的雙核心處理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同時推出945/955/965/975芯片組來支持新推出的雙核心處理器，采用90nm工藝生產(chǎn)的這兩款新推出的雙核心處理器使用是沒有針腳的LGA 775接口，但處理器底部的貼片電容數(shù)目有所增加，排列方式也有所不同。
桌面平臺的核心代號Smithfield的處理器，正式命名為Pentium D處理器，除了擺脫阿拉伯?dāng)?shù)字改用英文字母來表示這次雙核心處理器的世代交替外，D的字母也更容易讓人聯(lián)想起Dual-Core雙核心的涵義。
Intel的雙核心構(gòu)架更像是一個雙CPU平臺，Pentium D處理器繼續(xù)沿用Prescott架構(gòu)及90nm生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)。Pentium D內(nèi)核實際上由于兩個獨立的Prescott核心組成，每個核心擁有獨立的1MB L2緩存及執(zhí)行單元，兩個核心加起來一共擁有2MB，但由于處理器中的兩個核心都擁有獨立的緩存，因此必須保證每個二級緩存當(dāng)中的信息完全一致，否則就會出現(xiàn)運算錯誤。
為了解決這一問題，Intel將兩個核心之間的協(xié)調(diào)工作交給了外部的MCH（北橋）芯片，雖然緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸與存儲并不巨大，但由于需要通過外部的MCH芯片進行協(xié)調(diào)處理，毫無疑問的會對整個的處理速度帶來一定的延遲，從而影響到處理器整體性能的發(fā)揮。
由于采用Prescott內(nèi)核，因此Pentium D也支持EM64T技術(shù)、XD bit安全技術(shù)。值得一提的是，Pentium D處理器將不支持Hyper-Threading技術(shù)。原因很明顯：在多個物理處理器及多個邏輯處理器之間正確分配數(shù)據(jù)流、平衡運算任務(wù)并非易事。比如，如果應(yīng)用程序需要兩個運算線程，很明顯每個線程對應(yīng)一個物理內(nèi)核，但如果有3個運算線程呢？因此為了減少雙核心Pentium D架構(gòu)復(fù)雜性，英特爾決定在針對主流市場的Pentium D中取消對Hyper-Threading技術(shù)的支持。
同出自Intel之手，而且Pentium D和Pentium Extreme Edition兩款雙核心處理器名字上的差別也預(yù)示著這兩款處理器在規(guī)格上也不盡相同。其中它們之間最大的不同就是對于超線程（Hyper-Threading）技術(shù)的支持。Pentium D不支持超線程技術(shù)，而Pentium Extreme Edition則沒有這方面的限制。在打開超線程技術(shù)的情況下，雙核心Pentium Extreme Edition處理器能夠模擬出另外兩個邏輯處理器，可以被系統(tǒng)認(rèn)成四核心系統(tǒng)。
Pentium EE系列都采用三位數(shù)字的方式來標(biāo)注，形式是Pentium EE8xx或9xx，例如Pentium EE840等等，數(shù)字越大就表示規(guī)格越高或支持的特性越多。
Pentium EE 8x0：表示這是Smithfield核心、每核心1MB二級緩存、800MHzFSB的產(chǎn)品，其與Pentium D 8x0系列的唯一區(qū)別僅僅只是增加了對超線程技術(shù)的支持，除此之外其它的技術(shù)特性和參數(shù)都完全相同。
Pentium EE 9x5：表示這是Presler核心、每核心2MB二級緩存、1066MHzFSB的產(chǎn)品，其與Pentium D 9x0系列的區(qū)別只是增加了對超線程技術(shù)的支持以及將前端總線提高到1066MHzFSB，除此之外其它的技術(shù)特性和參數(shù)都完全相同。
第6階段
第6階段（2005年至今）是酷睿（core）系列微處理器時代，通常稱為第6代?！翱犷！笔且豢铑I(lǐng)先節(jié)能的新型微架構(gòu)，設(shè)計的出發(fā)點是提供卓然出眾的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所謂的能效比。早期的酷睿是基于筆記本處理器的。酷睿2：英文名稱為Core 2 Duo，是英特爾在2006年推出的新一代基于Core微架構(gòu)的產(chǎn)品體系統(tǒng)稱。于2006年7月27日發(fā)布?？犷?是一個跨平臺的構(gòu)架體系，包括服務(wù)器版、桌面版、移動版三大領(lǐng)域。其中，服務(wù)器版的開發(fā)代號為Woodcrest，桌面版的開發(fā)代號為Conroe，移動版的開發(fā)代號為Merom。
酷睿2處理器的Core微架構(gòu)是Intel的以色列設(shè)計團隊在Yonah微架構(gòu)基礎(chǔ)之上改進而來的新一代英特爾架構(gòu)。最顯著的變化在于在各個關(guān)鍵部分進行強化。為了提高兩個核心的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換效率采取共享式二級緩存設(shè)計，2個核心共享高達4MB的二級緩存。
繼LGA775接口之后，Intel首先推出了LGA1366平臺，定位高端旗艦系列。首顆采用LGA 1366接口的處理器代號為Bloomfield，采用經(jīng)改良的Nehalem核心，基于45納米制程及原生四核心設(shè)計，內(nèi)建8-12MB三級緩存。LGA1366平臺再次引入了Intel超線程技術(shù)，同時QPI總線技術(shù)取代了由Pentium 4時代沿用至今的前端總線設(shè)計。最重要的是LGA1366平臺是支持三通道內(nèi)存設(shè)計的平臺，在實際的效能方面有了更大的提升，這也是LGA1366旗艦平臺與其他平臺定位上的一個主要區(qū)別。
作為高端旗艦的代表，早期LGA1366接口的處理器主要包括45nm Bloomfield核心酷睿i7四核處理器。隨著Intel在2010年邁入32nm工藝制程，高端旗艦的代表被酷睿i7-980X處理器取代，全新的32nm工藝解決六核心技術(shù)，擁有最強大的性能表現(xiàn)。對于準(zhǔn)備組建高端平臺的用戶而言，LGA1366依然占據(jù)著高端市場，酷睿i7-980X以及酷睿i7-950依舊是不錯的選擇。
Core i5是一款基于Nehalem架構(gòu)的四核處理器，采用整合內(nèi)存控制器，三級緩存模式，L3達到8MB，支持Turbo Boost等技術(shù)的新處理器電腦配置。它和Core i7（Bloomfield）的主要區(qū)別在于總線不采用QPI，采用的是成熟的DMI（Direct Media Interface），并且只支持雙通道的DDR3內(nèi)存。結(jié)構(gòu)上它用的是LGA1156 接口，i5有睿頻技術(shù)，可以在一定情況下超頻。LGA1156接口的處理器涵蓋了從入門到高端的不同用戶，32nm工藝制程帶來了更低的功耗和更出色的性能。主流級別的代表有酷睿i5-650/760，中高端的代表有酷睿i7-870/870K等。我們可以明顯的看出Intel在產(chǎn)品命名上的定位區(qū)分。但是整體來看中高端LGA1156處理器比低端入門更值得選購，面對AMD的低價策略，Intel酷睿i3系列處理器完全無法在性價比上與之匹敵。而LGA1156中高端產(chǎn)品在性能上表現(xiàn)更加搶眼。
Core i3可看作是Core i5的進一步精簡版（或閹割版），將有32nm工藝版本（研發(fā)代號為Clarkdale，基于Westmere架構(gòu)）這種版本。Core i3最大的特點是整合GPU（圖形處理器），也就是說Core i3將由CPU+GPU兩個核心封裝而成。由于整合的GPU性能有限，用戶想獲得更好的3D性能，可以外加顯卡。值得注意的是，即使是Clarkdale，顯示核心部分的制作工藝仍會是45nm。i3 i5 區(qū)別最大之處是 i3沒有睿頻技術(shù)。代表有酷睿i3-530/540。
2010年6月，Intel再次發(fā)布革命性的處理器——第二代Core i3/i5/i7。第二代Core i3/i5/i7隸屬于第二代智能酷睿家族，全部基于全新的Sandy Bridge微架構(gòu)，相比第一代產(chǎn)品主要帶來五點重要革新：1、采用全新32nm的Sandy Bridge微架構(gòu)，更低功耗、更強性能。2、內(nèi)置高性能GPU（核芯顯卡），視頻編碼、圖形性能更強。 3、睿頻加速技術(shù)2.0，更智能、更高效能。4、引入全新環(huán)形架構(gòu)，帶來更高帶寬與更低延遲。5、全新的AVX、AES指令集，加強浮點運算與加密解密運算。
SNB(Sandy Bridge）是英特爾在2011年初發(fā)布的新一代處理器微架構(gòu)，這一構(gòu)架的最大意義莫過于重新定義了“整合平臺”的概念，與處理器“無縫融合”的“核芯顯卡”終結(jié)了“集成顯卡”的時代。這一創(chuàng)舉得益于全新的32nm制造工藝。由于Sandy Bridge 構(gòu)架下的處理器采用了比之前的45nm工藝更加先進的32nm制造工藝，理論上實現(xiàn)了CPU功耗的進一步降低，及其電路尺寸和性能的顯著優(yōu)化，這就為將整合圖形核心（核芯顯卡）與CPU封裝在同一塊基板上創(chuàng)造了有利條件。此外，第二代酷睿還加入了全新的高清視頻處理單元。視頻轉(zhuǎn)解碼速度的高與低跟處理器是有直接關(guān)系的，由于高清視頻處理單元的加入，新一代酷睿處理器的視頻處理時間比老款處理器至少提升了30%。新一代Sandy Bridge處理器采用全新LGA1155接口設(shè)計，并且無法與LGA1156接口兼容。Sandy Bridge是將取代Nehalem的一種新的微架構(gòu)，不過仍將采用32nm工藝制程。比較吸引人的一點是這次Intel不再是將CPU核心與GPU核心用“膠水”粘在一起，而是將兩者真正做到了一個核心里。
在2012年4月24日下午北京天文館，intel正式發(fā)布了Ivy Bridge（IVB）處理器。22nm Ivy Bridge會將執(zhí)行單元的數(shù)量翻一番，達到最多24個，自然會帶來性能上的進一步躍進。Ivy Bridge會加入對DX11的支持的集成顯卡。另外新加入的XHCI USB 3.0控制器則共享其中四條通道，從而提供最多四個USB 3.0，從而支持原生USB3.0。cpu的制作采用3D晶體管技術(shù)，CPU耗電量會減少一半。采用22nm工藝制程的Ivy Bridge架構(gòu)產(chǎn)品將延續(xù)LGA1155平臺的壽命，因此對于打算購買LGA1155平臺的用戶來說，起碼一年之內(nèi)不用擔(dān)心接口升級的問題了。
安全問題
CPU 蓬勃發(fā)展的同時也帶來了許多的安全問題。1994 年出現(xiàn)在Pentium處理器上的 FDIV bug（奔騰浮點除錯誤）會導(dǎo)致浮點數(shù)除法出現(xiàn)錯誤；1997年P(guān)entium處理器上的F00F異常指令可導(dǎo)致CPU死機；2011年Intel處理器可信執(zhí)行技術(shù)(TXT，trusted execution technology)存在緩沖區(qū)溢出問題，可被攻擊者用于權(quán)限提升；2017年 Intel管理引擎(ME，management engine)組件中的漏洞可導(dǎo)致遠程非授權(quán)的任意代碼執(zhí)行；2018年，Meltdown 和Spectre兩個CPU漏洞幾乎影響到過去20年制造的每一種計算設(shè)備，使得存儲在數(shù)十億設(shè)備上的隱私信息存在被泄露的風(fēng)險。這些安全問題嚴(yán)重危害國家網(wǎng)絡(luò)安全、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全及重要行業(yè)的信息安全，已經(jīng)或者將要造成巨大損失。
CPU和GPU的比較
GPU
GPU即圖像處理器，CPU和GPU的工作流程和物理結(jié)構(gòu)大致是類似的，相比于CPU而言，GPU的工作更為單一。在大多數(shù)的個人計算機中，GPU僅僅是用來繪制圖像的。如果CPU想畫一個二維圖形，只需要發(fā)個指令給GPU，GPU就可以迅速計算出該圖形的所有像素，并且在顯示器上指定位置畫出相應(yīng)的圖形。由于GPU會產(chǎn)生大量的熱量，所以通常顯卡上都會有獨立的散熱裝置。
設(shè)計結(jié)構(gòu)
CPU有強大的算術(shù)運算單 元，可以在很少的時鐘周期內(nèi)完成算術(shù)計算。同時，有很大的緩存可以保存很多數(shù)據(jù)在里面。此外，還有復(fù)雜的邏輯控制單元，當(dāng)程序有多個分支的時候，通過提供分支預(yù)測的能力來降低延時。GPU是基于大的吞吐量設(shè)計，有很多的算術(shù)運算單元和很少的緩存。同時GPU支持大量的線程同時運行，如果他們需要訪問同一個數(shù)據(jù)，緩存會合并這些訪問，自然會帶來延時的問題。盡管有延時，但是因為其算術(shù)運算單元的數(shù)量龐大，因此能夠達到一個非常大的吞吐量的效果。
使用場景
顯然，因為CPU有大量的緩存和復(fù)雜的邏輯控制單元，因此它非常擅長邏輯控制、串行的運算。相比較而言，GPU因為有大量的算術(shù)運算單元，因此可以同時執(zhí)行大量的計算工作，它所擅長的是大規(guī)模的并發(fā)計算，計算量大但是沒有什么技術(shù)含量，而且要重復(fù)很多次。這樣一說，我們利用GPU來提高程序運算速度的方法就顯而易見了。使用CPU來做復(fù)雜的邏輯控制，用GPU來做簡單但是量大的算術(shù)運算，就能夠大大地提高程序的運行速度。
CPU未來發(fā)展
通用中央處理器(CPU)芯片是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)部件，也是武器裝備的核心器件。我國缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，不僅造成信息 產(chǎn)業(yè)受制于人，而且國家安全也難以得到全面保障。 “十五”期間，國家“863計劃”開始支持自主研發(fā) CPU?！笆晃濉逼陂g，“核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品”(“核高基”)重大專項將“863計 劃”中的CPU成果引入產(chǎn)業(yè)。從“十二五”開始，我國在多個領(lǐng)域進行自主研發(fā)CPU的應(yīng)用和試點，在一定范圍內(nèi)形成了自主技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系，可滿足武器裝備、信息化等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。但國外CPU 壟斷已久，我國自主研發(fā)CPU產(chǎn)品和市場的成熟還需要一定時間
相關(guān)品牌介紹
“龍芯”系列芯片
“龍芯”系列芯片是由中國科學(xué)院中科技術(shù)有限公司設(shè)計研制的，采用MIPS體系結(jié)構(gòu)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品現(xiàn)包括龍芯1號小CPU、龍芯2號中CPU和龍芯3號大CPU三個系列，此外還包括龍芯7A1000橋片。龍芯1號系列32/64位處理器專為嵌入式領(lǐng)域設(shè)計，主要應(yīng)用于云終端、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、手持終端、網(wǎng)絡(luò)安全、消費電子等領(lǐng)域，具有低功耗、高集成度及高性價比等特點。其中龍芯lA32位處理器和龍芯1C64位處理器穩(wěn)定工作在266～300 MHz，龍芯1B處理器是一款輕量級32位芯片。龍芯1D處理器是超聲波熱表、水表和氣表的專用芯片。2015年，新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星搭載著我國自主研制的龍芯1E和1F芯片，這兩顆芯片主要用于完成星間鏈路的數(shù)據(jù)處理任務(wù)一。
龍芯2號系列是面向桌面和高端嵌入式應(yīng)用的64位高性能低功耗處理器。龍芯2號產(chǎn)品包括龍芯2E、2F、2H和2K1000等芯片。龍芯2E首次實現(xiàn)對外生產(chǎn)和銷售授權(quán)。龍芯2F平均性能比龍芯 2E高20%以上，可用于個人計算機、行業(yè)終端、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。龍芯2H于2012年推出正式產(chǎn)品，適用計算機、云終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費類電子等領(lǐng)域需求，同時可作為HT或者 PCI-e接口的全功能套片使用。2018年，龍芯推出龍芯2K1000處理器，它主要是面向網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域及移動智能領(lǐng)域的雙核處理芯片，主頻可達1 GHz，可滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展、自主可控工業(yè)安全體系的需求。
龍芯3號系列是面向高性能計算機、服務(wù)器和高端桌面應(yīng)用的多核處理器，具有高帶寬，高性能，低功耗的特征。龍芯3A3000/383000處理器采用自主微結(jié)構(gòu)設(shè)計，主頻可達到1.5 GHz以上；計劃2019年面向市場的龍芯3A4000為龍芯第三代產(chǎn)品 的首款四核芯片，該芯片基于28 nm工藝，采用新研發(fā)的GS464V 64位高性能處理器核架構(gòu)，并實現(xiàn) 256位向量指令，同時優(yōu)化片內(nèi)互連和訪存通路，集成64位DDR3/4內(nèi)存控制器，集成片內(nèi)安全機 制，主頻和性能將再次得到大幅提升。
龍芯7A1000橋片是龍芯的第一款專用橋片組產(chǎn)品，目標(biāo)是替代AMDRS780+SB710橋片組，為龍芯處理器提供南北橋功能。它于2018年2月份發(fā)布，目前搭配龍芯3A3000以及紫光4G DDR3內(nèi)存應(yīng)用在一款高性能網(wǎng)絡(luò)平臺上。該方案整體性能相較于3A3000+780e平臺有較大提升，具有高國產(chǎn)率、高性能、高可靠性等特點。
Intel
根據(jù)Intel產(chǎn)品線規(guī)劃，截止2021年Intel十一代消費級酷睿有五類產(chǎn)品：i9/i7/i5/i3/奔騰/賽揚。此外還有面向服務(wù)器的至強鉑金/金牌/銀牌/銅牌和面向HEDT平臺的至強W系列。
AMD
根據(jù)AMD產(chǎn)品線規(guī)劃，截止2021年AMD銳龍5000系列處理器有ryzen9/ryzen7/ryzen5/ryzen3四個消費級產(chǎn)品線。此外還有面向服務(wù)器市場的第三代霄龍EPYC處理器和面向HEDT平臺的線程撕裂者系列。
上海兆芯
上海兆芯集成電路有限公司是成立于2013年的國資控股公司，其生產(chǎn)的處理器采用x86架構(gòu)，產(chǎn)品主要有開先ZX-A、ZX-c/ZX-C+、 ZX-D、開先KX一 5000和KX一6000；開勝ZX—C+、ZX—D、KH一20000 等。其中開先KX一5000系列處理器采用28 nm工藝，提供4核或8核兩種版本，整體性能較上一代產(chǎn)品提升高達140%，達到國際主流通用處理器性能水準(zhǔn)，能夠全面滿足黨政桌面辦公應(yīng)用，以及包括4K超高清視頻觀影等多種娛樂應(yīng)用需求。開勝KH-20000系列處理器是兆芯面向服務(wù)器等設(shè)備推出的CPU產(chǎn)品。開先KX-6000系列處理器主頻高達3.0 GHz，兼容全系列Windows操作系統(tǒng)及中科方德、中標(biāo)麒麟、普華等國產(chǎn)自主可控操作系統(tǒng)，性能與Intel第七代的酷睿i5相當(dāng)。
上海申威
申威處理器簡稱“Sw處理器”，出自于DEC的Alpha 21164，采用Alpha架構(gòu)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，其產(chǎn)品有單核Sw-1、雙核Sw-2、四核Sw-410、十六核SW-1600/SW-1610等。神威藍光超級計算機使用了8704片SW一1600，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。而基于Sw-26010構(gòu)建的“神威·太湖之光”超級計算機自2016 年6月發(fā)布以來，已連續(xù)四次占據(jù)世界超級計算機TOP 500榜單第一，“神威·太湖之光”上的兩項千萬 核心整機應(yīng)用包攬了2016、2017年度世界高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎“戈登·貝爾”獎。
參考資料
[1]
CPU基本結(jié)構(gòu),運算邏輯部件,寄存器部件,控制部件介紹[引用日期2016-07-26]
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