【正文】 1 3 3A 、 S3 Savage4 、音效、網(wǎng)卡、 M o d em，采用 0 .18 微米制程的處 理器，是 V IA 進(jìn)軍低價筆記本電腦的有力武器。 Crusoe 芯片的開發(fā)者 Transmeta 公司在芯片研發(fā)過程中采用了一種革命性的微處理器設(shè)計方案。它允許一個簡單和非常直接的硬件執(zhí)行流程， 包括 7 條整數(shù)管道流水線和 10 條浮點管道流水線，使得參與處理器邏輯控制的晶體管數(shù)量大為減少。 硬件工程師培訓(xùn)教程（二） 第二節(jié) 計算機的體系結(jié)構(gòu) 一臺計算機由硬件和軟件兩大部分組成。具體設(shè)備如我們平常所見到的內(nèi)存條、顯卡、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器和機箱等。 Von Neumann 體系結(jié)構(gòu)的特點如下 : 存儲程序工作原理即把計算過程描述為由許多條命令按一定順序組成的程序，然后把程序和所需的數(shù)據(jù)一起輸入計算機存儲器中保存起來，工作時控制器執(zhí)行程序，控制計算機自動連續(xù)進(jìn)行運算。 3 個部分相互協(xié)調(diào)便可以進(jìn)行分析、判斷和計算，并控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作。高速寄存器通常是一個字長的位序列。 四、輸入 /輸出 (I/O )設(shè)備 輸入設(shè)備類似人的眼睛、耳朵和鼻子，負(fù)責(zé)信息的采集，并提交給 CPU 處理。 五、總線 微型計算機的體 系結(jié)構(gòu)有一個最顯著的特征是采用總線結(jié)構(gòu)。 六、操作集 每臺計算機都有一內(nèi)部基本操作集與機器語言指令相對應(yīng)。解釋器作為一部計算機操作的核心，每次 執(zhí)行的都是簡單的循環(huán)算法。 八、數(shù)據(jù)存取 除了操作碼，每條機器指令還需要指定操作碼所需的操作數(shù)。上述機制稱為數(shù)據(jù)存取控制。實現(xiàn)該原則的主要困難是 CPU 每次操作的時間一般是以毫微秒計，而內(nèi)存存取時間是微秒級。為了平衡中央處理器速度和外部數(shù)據(jù)讀取速率之間的矛盾，操作系統(tǒng)通常使用多進(jìn)程技術(shù)，在等待讀取數(shù)據(jù)的毫秒時間段內(nèi)，計算機可運行另一個程序。 另外，為了平衡主存和中央處理器間的速度差異，可使用緩存。使用 32KB 緩存可達(dá)到 95%的命中率 (CPU 在緩存中找到所用數(shù)據(jù)的概率 )。值得指出的是，計算機硬件的組織通常都具有不同的形式。這個了解也就要包括其程序執(zhí)行前不同存儲器的內(nèi)容、所執(zhí)行的指令序列、程序執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)內(nèi)容是如何被修改的及程序執(zhí)行的最后結(jié)果是什么等。當(dāng)程序執(zhí)行結(jié)束后，最終狀態(tài)定義就是這些存儲器的內(nèi)容。因為 C PU 是決定電腦性能的核心部件，人們就以它來判定電腦的檔次，于是就 有了 4 86 、 5 8 6 (P e n t i u m)、 P Ⅱ 、 P Ⅲ 、 P4 之分。它是 PC 機的 “總司令部 ”，主板所用的芯片組、 IOS 、電源器件和布線水平等決定了它的 “級別 ”。主板的外形多為矩形印刷電路板 (PCB ——Printed Circuit Board)，集成有芯片組、各種 I/O 控制芯片、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈接插件、擴展槽、主板和電源接口等元器件。AMD Duron 和 Thunderbird 用的 Socket A 。由于北橋的功能越來越強、速度越來越快，集成的晶體管也就越來越多，發(fā)熱量自然就會大幅增加，所以時下多數(shù)廠商在北橋上加裝了散熱片或風(fēng)扇，以免其在高速運行時因過熱而損壞。Memory Controller Hub)芯片、ICH(I/O Controller Hub)芯片和 FWH(Firm Ware Hub)芯片組成。供 Socket 7 CPU 使用的 VIA MVP3 和 VIA MVP4 等。 AGP 接口從最初的AGP 1x 發(fā)展到 AGP 2x 、 AGP Pro 和 AGP 4x，速度越來越快，功耗也越來越高?，F(xiàn)在只有少數(shù)聲卡和網(wǎng)卡會用到此插槽， Intel 公司已經(jīng)在 PC39。 插槽 :全稱是 (Audio/Modem Riser，音效 /調(diào)制解調(diào)器插槽 )，用以插入聲卡或 Modem 卡。而 DDR 和 RDRAM 插槽則是今后的發(fā)展方向。 CPU 的工作原理簡單地說就像是一個工廠對產(chǎn)品的加工過程 :進(jìn)入工廠的原料 (指令 )，經(jīng)過物資分 配部門 (控制單元 )的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線 (邏輯運算單元 )，生產(chǎn)出成品 (處理后的數(shù)據(jù) )后，再 存儲在倉庫 (存儲器 )中，最后等著拿到市場上去賣 (交由應(yīng)用程序使用 )。由于各 種 C PU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不盡相同，所以并非時鐘頻率相同性能就一樣。 二、內(nèi)存總線速度 內(nèi)存總線 速度的英文全稱是 M e m o r y B u s S p e ed 。內(nèi)存總線速度是指 C PU 二級 (L 2)高速緩存和內(nèi)存之間的通信速度。 四、工作電壓 工作電壓的英文全稱是 Supply Voltage，即 CPU 正常工作所需的電壓。 16 位的微機我們就不用說了，但是對于3 86 以上的微機系統(tǒng)，地址線的寬度為 32 位， 最多可以 直接訪問4 0 9 6 M B (4 G B)的物理空間。 八、超標(biāo)量 超標(biāo)量是指在一個時鐘周期內(nèi) CPU 可以執(zhí)行一條以上的指令。 C PU 內(nèi)置高速緩存可以提高運行效率，這也是 486DX 比 386DX40 快的原因。而采用寫通(Writethrough)結(jié)構(gòu)的高速緩存，僅對讀操作有效。 即通過幾個分支對程序流向進(jìn)行預(yù)測，采用多路分支預(yù)測算法后，處理器便可參與指令流向的跳轉(zhuǎn)。 拋開原程序的順序，分析并重排指令，優(yōu)化執(zhí)行順序。當(dāng)處理器執(zhí)行指令時 (每次 5 條 )，采用的是 “猜測執(zhí)行 ”的方法。 第四節(jié) CPU 指令集 為了提高計算機在多媒體、 3D 圖形方面的處理和應(yīng)用能力，與 C PU 處理器相對應(yīng)的，各種處理 器指令集應(yīng)運而生，其中最著名的 3 種便是 I n t el 公司的 MMX 、 SSE 和 AMD 的 3 D N o w!指令集。 但是，問題也比較明顯，那就是 M MX 指令集與 x 87 浮點運算指令不能夠同時執(zhí)行，必須做密集 式的交錯切換才可以正常執(zhí)行，這種情況就勢必造成整個系統(tǒng)運行質(zhì)量的下降。 而最終推出的 SSE 指令集也就是所謂勝出的 “互聯(lián)網(wǎng) S SE ”指令集。 SSE 兼容 M MX 指令，它可以通過 SIMD 和單時鐘周期并行處理多個浮 點數(shù)據(jù)來有效地提高浮點運算速度。 第五節(jié) 當(dāng)前 CPU 的技術(shù)特點 一、制造工藝 —— 更細(xì)的線寬 近兩年來主流 CPU 最顯著的技術(shù)特征之一就是 CPU 制造工藝的進(jìn)步。由 于采用了更精細(xì)的工藝，使得原有晶體管門電路更大限度地縮小，因此在同樣的面積內(nèi)可以集成更 多的晶體管。隨著 CPU 頻率的提高， 微米 及 曾 經(jīng) 普 遍 使 用 的 微 米 工 藝 成 為 C PU 市 場 的 主 流 。 3DNow!指令集技術(shù)其實就是 21 條機器碼的擴展指令集。 理論上這些指令對目前流行的圖像處理、浮點運算、 3D 運 算、視頻處理、音頻處理等諸多多媒 體應(yīng)用起到全面強化的作用。其實，早在 P Ⅲ 正式推出之前， Intel 公司就曾經(jīng)通過各種渠道公布過所謂的 KNI(Katmai New Instruction)指令集，這個指令集也就是 SSE 指令集的最早名稱，并一度被很多傳媒稱之為 MMX 指 令集的下一個版本，即 M M X2 指令集。 M MX 指令集中包括有 57 條多媒體指令，通過這些指令可以一次處理多個數(shù)據(jù)， 在處理結(jié)果超過實際處理能力的時候也能進(jìn)行正常處理 ，這樣在軟件的配合下，就可以得到更高的 性能。 被處理的軟件指令是建立在猜測分支基礎(chǔ)之上，因此結(jié)果也就作為“預(yù)測結(jié)果”保留起來。然后，處理器再決定如何優(yōu)化執(zhí)行順序以便高效 地處理和執(zhí)行指令。這是因為處理 器在讀取 指令時，還會在程序中尋找未來要執(zhí)行的指令。這 3 項技術(shù)是多路分支預(yù)測、數(shù)據(jù)流量分析和猜測執(zhí)行。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。 4 86 以下的 C PU 屬于低標(biāo)量結(jié)構(gòu)，即在這 類 C PU 內(nèi)執(zhí)行一條指令至少需要一個或一個以上的時鐘周期。 七、數(shù)學(xué)協(xié)處理器 4 86 以前的 CPU 沒有內(nèi)置數(shù)學(xué)協(xié)處理器，由于數(shù)學(xué)協(xié)處理器的主要功能就是負(fù)責(zé)浮點運算，因此 386 、 2 86 和 8088 等 C PU 的浮點運算性能都相當(dāng)落后，相信接觸過 3 86 的朋友都知道主板上可以另外 加一個外置數(shù)學(xué)協(xié)處理器，其目的就是為了增強浮點運算的能力。 隨著 C PU 的制造工藝與主頻的提高，近年來各種 C PU 的工作電壓呈逐步下降的趨勢，以解決發(fā)熱過高的 問題。擴展總線指的是微機系統(tǒng)的局部總線，如 VESA 或 PCI 總線。一般我們放在外存 (磁盤或者各種存儲介質(zhì) )上面的資料都要通 過內(nèi)存，然后再進(jìn)入 C PU 進(jìn)行處理，所以與內(nèi)存之間的通道，也就是內(nèi)存總線的速度對整個系統(tǒng)的 性能就顯得尤為重要。倍 頻則是指 C PU 外頻與主頻相差的倍數(shù)。 一、主頻、倍頻和外頻 我們經(jīng)常說“這款 C PU 的頻率是多少多少 ”，其實這個泛指的頻率是指C PU 的 主 頻 ， 主 頻 也 就 是 CPU 的時鐘頻率，英文全稱叫做C P U C l o c k S p e ed，簡單地說也就是 CPU 運算時的工作頻率 。 :BIOS(Basic Input/Output System —— 基本輸入、輸出系統(tǒng) )是一塊裝入了啟動和自檢程序的 EPROM 或 EEPROM 集成電路。不同插槽的引腳數(shù)量、額定電壓和性能也不盡相同。 插槽 :這是常見也是最常用的主板插槽，很多聲卡、網(wǎng)卡和 SCSI 卡都采用此接口。 插槽 :這是最古老的主板插槽，它的工作頻率最慢 ，只有 8MHz，通體黑色。設(shè)計合理的電源電路可以讓主板工作更穩(wěn)定，減少死機現(xiàn)象。供 AMD Athlon 使用的 AMD 750 、 VIA KX133(已淘汰 )。南橋芯片負(fù)責(zé)管理中斷及DMA 通道，其作用是讓所有的資料都能有效傳遞。 :芯片組由 North Bridge(北橋 )芯片和 South Bridge(南橋 )芯片組成。 Socket 插槽包括 Intel Pentium 、 Pentium MMX 、 AMD K62 和 K63 等 CPU 專用的 Socket 7 插座 。換句話說，若換上不 同的主板和 CPU，電腦就可以從 486 變成 Pentium Ⅲ ，其他附件如顯示器、聲卡和鍵盤等基本上可以通用。一般 C PU 的功能和處理速度，我們可以從它的型號和編號來判斷，如 P e n t i um 系列是5 86 機種的 C PU，型 號 后的數(shù)字即為它的工作頻率 (時鐘頻率 )，單位是 M Hz 。 第二章 CPU 的發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)品技術(shù) C P U (C e n t r a l P r o c e s s i n g U n i t)，即中央處理單元，也稱微處理器，是整個系統(tǒng)的核心，也是整個系統(tǒng)最 高的執(zhí)行單位。將計算機上程序的執(zhí)行看成是計算機狀態(tài)的一個變化序列，每個狀態(tài)由程序執(zhí)行過程中某一時刻的內(nèi)存、寄存器和外部設(shè)備 的內(nèi)容確定。 十一、計算機狀態(tài) 從靜態(tài)角度觀察一臺計算機，可以把它視為是由數(shù)據(jù)、操作和控制結(jié)構(gòu)等組成的一個完整的系統(tǒng)。這些設(shè)備代表了計算機的外部世界，任何與計算機的通訊都必須通過操作環(huán)境進(jìn)行。如果所需的數(shù)據(jù)恰在緩存中，則中央處理器就直接調(diào)用該緩存中的數(shù)據(jù)，被修改的數(shù)據(jù)在相對較慢的主存速率下被存至主存。頁算法對將來最有可能被使用的數(shù)據(jù)和程序做出預(yù)測并存取，只要數(shù)據(jù)和指令所在的頁在主存中，程序就可以一直執(zhí) 行下去。如果僅在硬件中采用簡單的存取管理機制，則在整個程序的執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)都被存放在內(nèi)存中，每個時刻只有一個程序被運行。同理，寄存器一般也采用一個簡單的整數(shù)標(biāo)明。計算機必須包含一個指定和存取操作數(shù)的機制?；静僮骺赡苄薷膬?nèi)存和寄存器中的數(shù)據(jù)，和輸入輸出設(shè)備進(jìn)行通訊 ，通過修改程序地址寄存器的內(nèi)容改變程序的執(zhí)行流程 。 七、順序控制 在機器語言程序中下一條要被執(zhí)行的指令通常是由程序地址寄存器 (也稱為指令計數(shù)器 )的內(nèi)容確定的。與并行計算機 (各部件間通過專用線路連接 )相比，采用總線結(jié)構(gòu)的微型計算機簡化了設(shè)計、降低了成本、縮小了體積，但在同等配置條件下，性能有所下降。輸出設(shè)備類似人的手，執(zhí)行大腦 (CPU)發(fā)出的指令，可完成一定的功能，輸出計算機的運算結(jié)果。高速緩存通常位于主存儲器和寄存器之間作為從主存儲器存取數(shù)據(jù)的加速器。 三、存儲器 每臺計算機都有 3 個主要的數(shù)據(jù)存儲部件 :主存儲器、高速寄存器和外部文件存儲器。 二、 CPU CPU 是計算機的運算和控 制中心，其作用類似人的大腦。 這是看不見也摸不著的部分。從大的方面來分，硬件包括CPU(Central Processing Unit ——中央處理器 )、存儲器和輸入 /輸出設(shè)備幾個部分。這個具有全新定義的軟件層又稱之為“C o d e M o r p h i ng ”(代碼融合 )軟件，它可 以動態(tài) “M o r p h i n g(融合 )”x86 指令進(jìn)入本地硬件引擎。 Crusoe 處 理 器 的 硬 件 核 心 組 成 部 分 采 用 了 高 性 能 低 功 耗 的VLIW(Very Long