Marca registrada Tang Shang Tang

CPU es la abreviatura de unidad central de procesamiento. Puede denominarse simplemente microprocesador, pero a menudo se le llama simplemente procesador. No dejes que estas abreviaturas te cieguen ante su utilidad. 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, mientras que el chipset de la placa base se parece más al corazón y 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. También está equipada con memoria, interfaces de entrada y salida y buses del sistema para formar 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 en la instrucción.

Índice de rendimiento de la CPU

1. Frecuencia de alimentación

La frecuencia principal también se denomina frecuencia de reloj y la unidad es MHz (o GHz), que es Se utiliza para indicar el funcionamiento de la CPU y la velocidad de procesamiento de datos. Frecuencia principal de la CPU = frecuencia externa × factor de multiplicación de frecuencia. Mucha gente cree que la frecuencia principal determina la velocidad de funcionamiento de la CPU. Esto no sólo es unilateral, sino que también está sesgado para los servidores. Hasta el momento, no existe una fórmula definitiva para determinar la relación numérica entre la frecuencia principal y la velocidad de funcionamiento real. Incluso los dos principales fabricantes de procesadores, Intel y AMD, tienen grandes disputas sobre este punto. De la tendencia de desarrollo de los productos Intel se puede ver que Intel concede gran importancia al fortalecimiento del desarrollo de su propia frecuencia principal. Al igual que otros fabricantes de procesadores, alguien comparó una vez un procesador Transmeta 1G con una eficiencia operativa equivalente a un procesador Intel 2G.

Por lo tanto, la frecuencia principal de la CPU no tiene relación directa con la potencia informática real de la CPU. La frecuencia principal representa la velocidad de oscilación de la señal de pulso digital en la CPU. También podemos ver ejemplos de esto en los productos de procesador de Intel: un chip Itanium de 1 GHz es casi tan rápido como un Xeon/Snapdragon de 2,66 GHz, o un Itanium 2 de 1,5 GHz es tan rápido como un Xeon/Snapdragon de 4 GHz. La velocidad de ejecución de la CPU depende de los indicadores de rendimiento de la canalización de la CPU, el bus, etc.

La frecuencia principal está relacionada con la velocidad real de carrera. 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. Frecuencia externa

La frecuencia externa es la frecuencia de referencia de la CPU y la unidad es MHz. La frecuencia externa de la CPU determina la velocidad de funcionamiento de toda la placa base. En términos generales, en las computadoras de escritorio, el overclocking es el FSB de la súper CPU (por supuesto, en general, es el multiplicador bloqueado de la CPU). 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 y las dos se ejecutan simultáneamente. Si se overclockea la CPU del servidor y se cambia la frecuencia externa, se producirá una operación asincrónica (muchas placas base de computadoras de escritorio admiten la operación asincrónica), lo que provocará inestabilidad en todo el sistema del servidor.

Actualmente, en la mayoría de los sistemas informáticos, la frecuencia externa y el bus frontal de la placa base no están sincronizados, y la frecuencia externa y la frecuencia del bus frontal (FSB) se confunden fácilmente. El siguiente bus frontal presenta la diferencia entre los dos.

3.Frecuencia FSB

La frecuencia del bus frontal (FSB) afecta directamente la velocidad del intercambio directo de datos entre la CPU y la memoria. Existe una fórmula que se puede calcular, que es 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, Xeon Nocona, que actualmente admite 64 bits, tiene un bus frontal de 800MHz. Según la fórmula, su ancho de banda máximo de transmisión de datos es 6,4 GB/s.

La diferencia entre la frecuencia FSB y la frecuencia FSB: la velocidad FSB se refiere a la velocidad de transmisión de datos y FSB se refiere a la operación sincrónica. de la CPU y la velocidad de la placa base. En otras palabras, la frecuencia externa de 100MHz significa que la señal de pulso digital oscila 100 millones de veces por segundo; el bus frontal de 100MHz significa que la capacidad de transmisión de datos aceptable de la CPU por segundo es 100 MHz × 64 bit÷8 bit/ bytes = 800 MB/s.

De hecho, la aparición de la arquitectura "HyperTransport" ha cambiado la frecuencia del FSB en un sentido práctico. La arquitectura IA-32 debe tener tres componentes importantes: el concentrador del controlador de memoria (MCH), el concentrador del controlador de E/S y el concentrador PCI, como los conjuntos de chips típicos Intel 7501 e Intel7505, que están diseñados para procesadores Xeon duales. . El MCH que contienen 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 los 4,3 GB/s. Sin embargo, a medida que el rendimiento del procesador continúa mejorando. Ha traído muchos problemas a la arquitectura del sistema. La arquitectura "HyperTransport" no solo resuelve el problema, sino que también aumenta de manera más efectiva el ancho de banda del bus, como los procesadores AMD Opteron. La arquitectura flexible del bus HyperTransport I/O le permite integrar el controlador de memoria, permitiendo al procesador intercambiar datos directamente con la memoria sin transmitirlos a través del bus del sistema al chipset. En este caso, la frecuencia del bus frontal (FSB) en los procesadores AMD Opteron no tiene idea de por dónde empezar.

4. Bits de CPU y longitud de palabra

Bit: en circuitos digitales y tecnología informática, se utiliza codificación binaria, y la codificación es solo "0" y "1", entre los cuales "0" y "1" son bits 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 (simultáneamente) se denomina longitud de palabra. Por lo tanto, una CPU que puede procesar datos con una longitud de palabra de 8 bits a menudo se denomina CPU de 8 bits. De manera similar, una CPU de 32 bits puede procesar datos binarios 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 varía para diferentes CPU y longitudes de palabra. Una CPU de 8 bits sólo puede procesar un byte a la vez, mientras que una CPU de 32 bits puede procesar cuatro bytes a la vez. Asimismo, una CPU con una longitud de palabra de 64 bits puede manejar 8 bytes a la vez.

5. Factor de multiplicación

El factor de multiplicación se refiere a la relación proporcional relativa entre la frecuencia principal de la CPU y la frecuencia externa. Cuando la frecuencia externa es la misma, cuanto mayor sea el multiplicador, mayor será la frecuencia de la CPU. Pero, de hecho, bajo la premisa de la misma frecuencia externa, una CPU con un 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. La búsqueda ciega de altas frecuencias y la obtención de multiplicadores de alta frecuencia producirá un efecto de "cuello de botella" obvio: la velocidad máxima a la que la CPU obtiene datos del sistema no puede alcanzar la velocidad. de la CPU. En general, a excepción de la versión de muestra de ingeniería de la CPU de Inter, una pequeña cantidad de CPU, como el Pentium E6500K de doble núcleo con núcleo InterCore 2 y algunas versiones de alta velocidad, no bloquean el multiplicador, y AMD no lo bloqueó antes. Ahora AMD ha lanzado una versión de caja negra de la CPU (es decir, los usuarios pueden ajustar libremente el multiplicador sin bloquear la versión del multiplicador, y el modo de overclocking para ajustar el multiplicador es mucho más estable que ajustar la frecuencia externa).

Caché

El tamaño de la caché también es uno de los indicadores importantes de la CPU. La estructura y el tamaño de la caché tienen un gran impacto en la velocidad de la CPU. El caché de la CPU se ejecuta a una frecuencia muy alta, generalmente 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. 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 buscar en la memoria o el disco duro, mejorando así el rendimiento del sistema. Sin embargo, debido al costo y el área del chip de la CPU, el caché es pequeño.

La caché L1 es la caché de primer nivel de la CPU y se divide en caché de datos y caché de instrucciones. La capacidad y estructura de la caché L1 incorporada tienen un gran impacto en el rendimiento de la CPU. Sin embargo, las memorias caché están compuestas de RAM estática y tienen estructuras complejas. Cuando el área de la CPU no puede ser demasiado grande, la capacidad de la caché L1 no puede ser demasiado grande. La capacidad de caché L1 de una CPU de servidor general suele ser de 32 a 256 KB.

La caché L2 es la caché de segundo nivel de la CPU y 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 es solo la mitad de la frecuencia principal. La capacidad de la caché L2 también afecta el rendimiento de la CPU. El principio es que cuanto mayor sea la CPU, mejor. En el pasado, la mayor capacidad de CPU doméstica era de 512 KB, que ahora puede alcanzar los 2 M en las computadoras portátiles, mientras que la caché L2 de la CPU utilizada por servidores y estaciones de trabajo es aún mayor, alcanzando más de 8 M.

La caché L3 (caché de tres niveles) se divide en dos tipos, la temprana externa y la actual interna. 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. Reduzca la latencia de la memoria y mejore la potencia informática de big data, lo cual es muy útil para los juegos. Sin embargo, todavía hay una mejora significativa en el rendimiento al agregar caché L3 en el mundo de los servidores. Por ejemplo, una configuración con una caché L3 más grande puede usar 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 aplicación de caché L3 estaba en el procesador K6-III lanzado por AMD. En ese momento, la caché L3 no estaba integrada en el chip, sino en la placa base por motivos del proceso de fabricación. La caché L3 solo se puede sincronizar con la frecuencia del bus del sistema y no es muy diferente de la memoria principal. Posteriormente, Intel introdujo la caché L3 para el procesador Itanium para el mercado de servidores. Luego están el P4EE y el Xeon MP. Intel también planea lanzar en el futuro un procesador Itanium2 de caché L3 de 9 MB y un procesador Itanium2 de doble núcleo de caché L3 de 24 MB.

Pero 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 rival para Snapdragon. Esto muestra que el aumento del bus frontal traerá mejoras de rendimiento más efectivas que el aumento del caché.

7. Conjunto de instrucciones extendido de la CPU

La CPU se basa en instrucciones para calcular y controlar el sistema. Cada CPU está diseñada con una serie de sistemas de instrucciones que coinciden con su circuito de hardware. La solidez de la instrucción también es un indicador importante de la CPU. El conjunto de instrucciones es una de las herramientas más efectivas para mejorar la eficiencia del microprocesador. Desde la arquitectura principal actual, el conjunto de instrucciones se puede dividir en dos partes: conjunto de instrucciones complejo y conjunto de instrucciones simplificado. Desde la perspectiva de aplicaciones específicas, como MMX (extensiones multimedia) de Intel, SSE y SSE 2 (transmisión múltiple de instrucciones únicas). Data) - Extensión 2), series SSE3, SSE4 y 3DNow! Todos ellos son conjuntos de instrucciones ampliados de la CPU, que mejoran respectivamente las capacidades de procesamiento multimedia, de 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. Actualmente, SSE4 es también el conjunto de instrucciones más avanzado y los procesadores de la serie Intel Core ya admiten el conjunto de instrucciones SSE4. AMD agregará soporte para el conjunto de instrucciones SSE4 a futuros procesadores de doble núcleo, y los procesadores Transmeta también admitirán este conjunto de instrucciones.

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

A partir del 586CPU, el voltaje de trabajo de la CPU se divide en voltaje del núcleo y voltaje de E/S. Normalmente, el voltaje del núcleo de la CPU es menor o igual al voltaje de E/S. Entre ellos, el tamaño del voltaje del núcleo depende del proceso de producción de la CPU. Generalmente, cuanto más pequeño es el proceso de producción, menor es el voltaje de funcionamiento del núcleo. El voltaje de E/S es generalmente 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 en un circuito integrado. La tendencia en la tecnología de fabricación es hacia una mayor densidad. Cuanto mayor sea la densidad del diseño de circuito IC, significa que en el mismo tamaño y área de IC, puede tener un diseño de circuito 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 afirmaron que existe un proceso de fabricación de 32 nm.

10. Conjunto de instrucciones

(1) Conjunto de instrucciones CISC

El conjunto de instrucciones CISC, también conocido como conjunto de instrucciones complejas, se denomina CISC (Computadora con conjunto de instrucciones complejas). en inglés) abreviatura). En un microprocesador CISC, las instrucciones del programa se ejecutan en serie en orden, al igual que las operaciones dentro de cada instrucción. La ventaja de la ejecución secuencial es el control simple, pero la utilización de varias partes de la computadora es baja 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) es CISC.

Para saber qué es un conjunto de instrucciones debemos empezar por la CPU de arquitectura X86 actual. El conjunto de instrucciones X86 fue desarrollado por Intel específicamente para su primera CPU de 16 bits (i8086). La CPU-I 8088 (una versión simplificada del I 8086) en la primera PC del mundo lanzada por IBM en 1981 0 también usaba instrucciones X86. Al mismo tiempo, se agregó un chip X87 a la computadora para mejorar las capacidades de procesamiento de datos de punto flotante. Posteriormente, se agregaron el conjunto de instrucciones X86 y el conjunto de instrucciones X87.

Con el desarrollo continuo de la tecnología de CPU, Intel ha desarrollado sucesivamente nuevos i80386 e i80486, desde las pasadas series PII Xeon, PIII Xeon, Pentium 3 y Pentium 4 hasta las actuales series Core 2 y Xeon (excluyendo Xeon). Noconá). Sin embargo, para garantizar que la computadora pueda continuar ejecutando varias aplicaciones desarrolladas en el pasado para proteger y heredar recursos de software enriquecidos, todas las CPU producidas por Intel Corporation continúan usando el conjunto de instrucciones X86, por lo que sus CPU todavía usan la instrucción X86. colocar. Porque la serie Intel X86 y sus CPU compatibles (como AMD Athlon MP, etc.) utilizan el conjunto de instrucciones X86, formando la enorme línea actual de series X86 y CPU compatibles. En la actualidad, x86CPU 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 y "Conjunto de instrucciones reducido" en chino. Está desarrollado sobre la base del sistema de instrucción CISC. Algunas pruebas realizadas en máquinas CISC han demostrado que la frecuencia de distintas instrucciones es bastante diferente. Las instrucciones más utilizadas son algunas instrucciones simples, de las cuales solo representan 20 del total de instrucciones, pero su frecuencia de aparición en el programa representa el 80%. Un sistema de instrucción complejo inevitablemente aumentará la complejidad del microprocesador, lo que resultará en un largo tiempo de desarrollo y altos costos. Además, las instrucciones complejas requieren operaciones complejas, que inevitablemente ralentizarán la computadora. Por las razones anteriores, la CPU RISC nació en la década de 1980. En comparación con la CPU CISC, la CPU RISC no solo simplifica el sistema de instrucciones, sino que también adopta estructuras llamadas superescalar y supercanalización, lo que aumenta en gran medida las capacidades de procesamiento paralelo. El conjunto de instrucciones RISC es la dirección de desarrollo de las CPU de alto rendimiento. Es lo opuesto al CISC (conjunto de instrucciones complejas) tradicional. Por el contrario, RISC tiene un formato de instrucción unificado, menos tipos y menos modos de direccionamiento que un conjunto de instrucciones complejo. Por supuesto, la velocidad de procesamiento es mucho mayor. En la actualidad, este tipo de CPU de sistema de instrucciones se usa ampliamente en servidores de gama media a alta, especialmente en servidores de gama alta, todos los cuales utilizan CPU de 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 RISC no son compatibles en software ni hardware con las CPU Intel y AMD.

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.

⑶IA-64

Ha habido mucho debate sobre si EPIC (Computadora de instrucción paralela explícita) es el sucesor de RISC y CISC. En lo que respecta al sistema EPIC, es más bien un paso importante para que los procesadores Intel avancen hacia los sistemas RISC. En teoría, bajo la misma configuración de host, la CPU diseñada por el sistema EPIC es mucho mejor que el software de aplicación basado en Unix.

La CPU del servidor Intel que utiliza tecnología EPIC es Itanium (nombre en código de desarrollo Merced) ubicada en Itanium. Es un procesador IA-64 bits y el primero de la serie IA-64. Microsoft también ha desarrollado un sistema operativo con nombre en código Win64, que está respaldado por software. Después de que Intel adoptó el conjunto de instrucciones x86, recurrió a microprocesadores de 64 bits más avanzados. Intel hizo esto porque quería deshacerse de la enorme arquitectura x86 e introducir un conjunto de instrucciones potente y enérgico, por lo que nació la arquitectura IA-64 con el conjunto de instrucciones EPIC. IA-64 es una gran mejora con respecto a x86 en muchos sentidos. Supera muchas limitaciones de la arquitectura tradicional IA32 y logra mejoras revolucionarias en las capacidades de procesamiento de datos, estabilidad del sistema, seguridad, disponibilidad y observabilidad.

El mayor defecto del microprocesador IA-64 es que no es compatible con x86. Para permitir que el procesador IA-64 ejecute mejor el software de las dos dinastías, Intel utiliza procesadores IA-64 (Itanium, Itanium 2...) para traducir instrucciones x86 en instrucciones IA-64. Este decodificador no es el más eficiente ni la mejor manera de ejecutar código x86 (la mejor manera es ejecutar código x86 directamente en el procesador x86), por lo que Itanium e Itanium2 tienen un rendimiento deficiente cuando ejecutan aplicaciones x86. Esto también se ha convertido en la causa raíz de X86-64.

(4)X86-64 (AMD64 / EM64T)

Diseñado por AMD, puede manejar operaciones enteras de 64 bits simultáneamente 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, pero las instrucciones de operación de datos predeterminadas son de 32 y 8 bits, y ofrece la opción de convertir a direccionamiento de 64 y 16 bits; registros de uso general, si Para operaciones de 32 bits, el resultado se ampliará 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 creación de x86-64 (también llamado AMD64) no surgió de la nada. 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 ha considerado plenamente las necesidades de los clientes y ha fortalecido 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 que AMD llama a su estructura x86-64. Técnicamente, para realizar operaciones de 64 bits en la arquitectura X86-64, AMD lanzó los registros de propósito general R8-R15 como una extensión del original. Los registros sin formato como EAX y EBX también se ampliaron de 32 bits a 64 bits. Se han agregado ocho nuevos registros a la unidad SSE para brindar soporte a SSE2. Aumentar el número de registros mejorará 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 y modo heredado. El modo largo se divide en dos. submodos (modo de 64 bits y modo de compatibilidad). El estándar se ha introducido en los procesadores de servidores AMD con procesadores Opteron.

Este año se lanzó la tecnología EM64T que admite 64 bits. Antes de que se llamara oficialmente EM64T, era IA32E, que es el nombre de la tecnología de extensión de 64 bits de Intel para distinguir el conjunto de instrucciones X86. El EM64T de Intel admite el submodo de 64 bits, 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 e IA32E, y IA32E sólo se adoptará cuando se ejecuten sistemas operativos de 64 bits. IA32E constará de dos submodos: submodo de 64 bits y submodo de 32 bits, que son compatibles con versiones anteriores como 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 microprocesadores de 64 bits compatibles con el conjunto de instrucciones x86, pero aún existen algunas diferencias entre EM64T y AMD64. El bit NX en los procesadores AMD64 no estará disponible en los procesadores Intel.

11. Súper canalizaciones y superescalares

Antes de explicar las supercanalizaciones y los superescalares, primero comprenda la canalización. 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, que son ejecutados por estas unidades de circuito respectivamente, de modo que una instrucción se pueda completar dentro de un ciclo de reloj de la CPU, mejorando así la velocidad de ejecución de la CPU. Cada canal de números enteros del Pentium clásico se divide en cuatro etapas: captación previa de instrucciones, decodificación, ejecución y reescritura de resultados, y el canal de punto flotante se divide en ocho etapas.

Superescalar consiste en ejecutar múltiples procesadores al mismo tiempo estableciendo múltiples canalizaciones. Su esencia es intercambiar espacio por tiempo. El súper oleoducto puede 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 niveles. Cuanto más largo esté diseñado el canal, más rápido podrá completar una instrucción, por lo que podrá adaptarse a CPU con frecuencias operativas más altas. Pero el largo proceso también trae algunos efectos secundarios. Es muy probable que la velocidad de ejecución real de la CPU de alta frecuencia sea menor. Este es el caso del Intel Pentium 4. Aunque su frecuencia principal puede llegar a 1,4G, su rendimiento de ejecución es muy inferior al de AMD Athlon o incluso al de Pentium III.

12. Forma del 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, las CPU solo se pueden entregar a los usuarios después de haberlas empaquetado. El método de empaquetado de la CPU depende de la forma de instalación de la CPU y del diseño integrado del dispositivo. En términos de clasificación amplia, las CPU instaladas en zócalos Socket generalmente están empaquetadas en PGA (Grid Array), mientras que las CPU instaladas en la ranura Slot x están todas empaquetadas en SEC (caja de complemento de un solo lado). En la actualidad existen tecnologías de envasado como PLGA (Plastic Grid Array) y Olga (Organic 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 ahorrar costos.

13. Subprocesos múltiples

Subprocesos múltiples sincrónicos Subprocesos múltiples sincrónicos, denominados SMT. Al copiar el estado estructural del procesador, SMT permite que múltiples subprocesos en el mismo procesador se ejecuten simultáneamente y compartan los recursos de ejecución del procesador. Puede maximizar el procesamiento superescalar desordenado y de problemas amplios y mejorar la utilización de los componentes informáticos del procesador. , mitigando los retrasos en el acceso a la memoria causados ​​por dependencias de datos o errores de caché. Cuando no hay subprocesos múltiples disponibles, los procesadores SMT son casi idénticos 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, casi sin coste adicional, para mejorar significativamente el rendimiento. La tecnología de subprocesos múltiples puede preparar más datos para su procesamiento en núcleos informáticos de alta velocidad y reducir el tiempo de inactividad de los núcleos informáticos. Esto es ciertamente 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 conocido como Chip Multiprocesador (CMP). CMP fue propuesto por la Universidad de Stanford en Estados Unidos. La idea es integrar SMP (multiprocesador simétrico) en procesadores masivamente paralelos en un mismo chip, ejecutando cada procesador diferentes procesos en paralelo. En comparación con CMP, la flexibilidad de la estructura del procesador SMT es más destacada.

Pero 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, la estructura CMP se divide en múltiples núcleos de procesador, cada núcleo es relativamente simple, lo que favorece un diseño optimizado y, por lo tanto, tiene más perspectivas de desarrollo. Actualmente, tanto el chip Power 4 de IBM como el chip MAJC5200 de Sun adoptan la estructura CMP. Los procesadores multinúcleo pueden compartir el caché en el procesador, mejorando la utilización del caché y simplificando 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 e incluye aproximadamente 100 millones de transistores.

15. SMP

SMP (multiprocesamiento simétrico), abreviado como 16, tecnología NUMA.

NUMA es una tecnología de almacenamiento distribuido de acceso no uniforme. 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 muchas soluciones de coherencia de caché que requieren soporte del sistema operativo y software especializado. La Figura 2 es un ejemplo del sistema NUMA de Sequent. Hay tres módulos SMP conectados a un nodo a través de una red privada de alta velocidad y cada nodo puede tener 12 CPU. Sistemas como Sequent pueden tener hasta 64 CPU, o incluso 256 CPU. Aparentemente, se trata de una combinación de tecnología SMP y NUMA.

17. Tecnología de ejecución fuera de orden

La ejecución fuera de orden significa que la CPU permite que se desarrollen múltiples instrucciones fuera del orden especificado en el programa y se envíen a la correspondiente La unidad de circuito realiza la tecnología de procesamiento. De esta manera, las instrucciones que se pueden ejecutar con anticipación se enviarán inmediatamente a la unidad de circuito correspondiente para su ejecución en función del estado de cada unidad de circuito y las circunstancias específicas de si cada instrucción se puede ejecutar con anticipación. Durante este tiempo, las instrucciones no se ejecutan en el orden especificado y la unidad de reordenación reorganiza los resultados de cada unidad de ejecución de acuerdo con 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 carga y, en consecuencia, aumentar la velocidad de los programas en ejecución de la CPU. Tecnología de rama: (Rama) Cuando se ejecuta una instrucción, debe esperar el resultado. En circunstancias normales, las ramas incondicionales solo deben ejecutarse en el orden de las instrucciones, mientras que las ramas condicionales deben decidir si continúan en el orden original en función de los resultados procesados.

18. Controlador de memoria de la CPU

Tecnología de fabricación: la tecnología de fabricación de CPU actual es de 0,35 micrones, el último PII puede alcanzar los 0,28 micrones y la futura tecnología de fabricación de CPU puede alcanzar los 0,18 micrones.

Fabricantes de CPU

1. Intel Corporation

Intel es el hermano mayor en la producción de CPU y ocupa más del 80% de la cuota de mercado. La CPU producida por Intel se ha convertido en la especificación técnica y el estándar de facto para x86CPU. La última plataforma de PC, Core 2, se ha convertido en la primera opción para CPU, y la próxima generación Core i5 y Core i7 han tomado la delantera, liderando los productos de otros fabricantes en términos de rendimiento.

2. Empresa AMD

Actualmente existen productos de CPU de varias empresas. Además de Intel, el rival más poderoso es AMD. Los últimos AMD Athlon X2 de segunda generación y Snapdragon de segunda generación son muy rentables, especialmente al utilizar la tecnología 3DNOW y admitir el conjunto de instrucciones SSE4.0, lo que los hace funcionar bien en 3D.

3. IBM y Cyrix

La ventaja de IBM radica en las CPU no civiles para laboratorios y estudios de alta gama.

Después de la fusión de NS y Cyrix, National Semiconductor finalmente tiene su propia línea de producción de chips y los productos terminados serán cada vez más completos.

Ahora el rendimiento de MII es muy 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 a través de la empresa

VIA (VIA) es un fabricante de chipsets para placas base en Taiwán, China. Adquirió los departamentos de CPU de Cyrix e IDT antes mencionados y lanzó el suyo propio. UPC.

6. Domestic Loongson

Loongson es un procesador de propósito general con derechos de propiedad intelectual independientes. Ya existen en el mercado dos generaciones de productos que pueden alcanzar el nivel de las CPU de gama baja de INTEL y AMD.

7. ARM Co., Ltd.

ARM International Technology es una de las pocas empresas que solo otorga licencias para el diseño de su CPU pero no la fabrica por sí misma. El software de aplicación integrado generalmente se ejecuta mediante un microprocesador de arquitectura ARM.

8. Freescale Semiconductor Company

Su predecesora fue Freescale Company de Motorola, que diseñó varios dispositivos integrados y procesadores SoC PowerPC.

[Editar este párrafo] Historia del desarrollo

Todo pasará por un proceso desde el desarrollo hasta el crecimiento. La CPU ha podido desarrollarse hasta la escala y los logros que tiene hoy, y su historia de desarrollo es aún más intrigante. La historia del desarrollo de productos de los dos principales gigantes de las CPU: Intel y AMD.

[1] Procesadores de doble núcleo de varias marcas

American Intel Corporation (una de las empresas Fortune 500, famosa por producir chips de CPU)

Pentium dual -core:

Es Pentium D y Pentium 4EE con Pressler Core. Básicamente, Pressler Core es un producto simple que acopla dos núcleos de molino de cedro.

Core 1 generación

Adopta la arquitectura central de Yonah.

[3] El procesador Core de segunda generación

Utiliza el núcleo Conroe (incompleto).

"Core" es un nuevo microedificio líder en ahorro de energía. El punto de partida del diseño es proporcionar un excelente rendimiento y eficiencia energética, mejorando el rendimiento por vatio, también conocido como ratio de eficiencia energética. Los primeros núcleos se basaban en procesadores de portátiles.

[Editar este párrafo] Varios empaques

La versión 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, y el instalador no lo dejará caer ni fluirá hacia el mercado. Algunos distribuidores combinan CPU sueltas con ventiladores y los empaquetan en su forma original para crear un paquete de rotación.

CPU 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 un ventilador original y una garantía del fabricante de tres años. De hecho, no existe diferencia de calidad entre la CPU masiva y la CPU en caja. La principal diferencia es que los canales son diferentes, por lo que las garantías también lo son. La garantía básica para CPU en caja es de 3 años y la garantía para CPU a granel es de solo 1 año. El ventilador proporcionado con la CPU en caja es el ventilador empaquetado de fábrica original, pero el ventilador no se ensambla por separado y lo proporciona el propio distribuidor.

CPU de caja negra se refiere a la CPU superior que no tiene frecuencia bloqueada por el fabricante, como la caja negra 5000 de AMD. Este tipo de CPU no tiene ventilador y es un producto minorista lanzado especialmente por el fabricante para usuarios de overclocking.

CPU de paquete profundo, también conocida como CPU de paquete flip-chip. El distribuidor empaquetará la CPU a granel y agregará un ventilador. No existe garantía del fabricante, sólo garantía de la tienda, que suele ser de tres años. O pasar de contrabando la CPU desde el extranjero a China, volver a empaquetarla y agregarle un ventilador. Este tipo está libre de impuestos y es un poco más barato que el granel.