【正文】 早期的 C PU 處理器采用的大 多是 微米制造工藝。 S SE 指令集包括了 70 條指令， 其中包含提高 3D 圖形運算效率的 50 條 SIMD(單指令多數(shù)據(jù)技術 )浮點運算指令、 12 條 MMX 整數(shù)運算增強指令、 8 條優(yōu)化內(nèi)存中連續(xù)數(shù)據(jù)塊傳輸指令。 一、 M MX 指令集 MMX(Multi Media eXtension， 多媒體擴展指令集 )指令集是 Intel 公司于1 9 96 年推出的一項多 媒體指令增強技術。處理器讀取經(jīng)過解碼的軟件指令，判 斷該指令能否處理或是否需與其他指令一道處理。 十一、動態(tài)處理 動態(tài)處理是應用在高能奔騰處理器中的新技術，創(chuàng)造性地把 3 項專為提高處理器對數(shù)據(jù)的操作效 率而設計的技術融合在一起。這在 486 或者以前的 CPU 上是很難想象的，只有 P e n t i um 級以上 C PU 才具有這種超標量結構。早期CPU(286 ～ 486 時代 )的 工作電壓一般為 5V，那是因為當時的制造工藝 相對落后，以至于 C PU 的發(fā)熱量太大，弄得壽命減短。 CPU 處理的數(shù)據(jù)都是由主存儲器提供的，而主 存儲器也就是我們平常所說的內(nèi)存了。了解了這樣一種工作原理， 性能指標對 C PU 的影響自然也就顯而易見了。 :按所接內(nèi)存條劃分，內(nèi)存插槽包括 EDO 、 SDRAM 、 RDRAM 和DDR 等。AGP 1x 能提供 266MB/s 的帶寬，而 AGP 2x 可達到 533MB/s 的帶寬，最新的 AGP 4x 高達 1066MB/s 。 目前常見的芯片組有供 Intel Pentium Ⅱ /Ⅲ 、 Celeron 使用的 VIA 693A 、 VIA 694X 、 Intel 440BX 、 Intel i810 、 Intel i815/i815E。 Slot 插槽包括 Intel Pentium Ⅱ 和 Pentium Ⅲ 專用的 Slot 1 插槽和 AMD Athlon 使 用的 Slot A 插槽。平時我們所說的 386 、 486 和 Pentium 電腦等，其判斷的標準就是機器所用的主板和 CPU 。程序的執(zhí)行可以看成是由計算機狀態(tài)序列的轉(zhuǎn)換，如果能預測狀態(tài)的轉(zhuǎn)換序列，就可以說理解了計算機的動態(tài)行為。本章介紹的只是其中的 “Von Neumann 體系結構 ”，當然還有其他的體系結構。緩存是位于主存和中央處理器間的一個較小的高速數(shù)據(jù)存儲器，大小一般為 1 ～ 256KB，包含中央處理器最近使用的數(shù)據(jù)和指令 ，當然也包括了將來最有可能被使用到的程序代碼或數(shù)據(jù)。為了對速度進行平 衡，需要采用不同的存取管理機制。一般操作數(shù)可以被存放 在主存儲器或寄存器中。一個典型的操作集包 括與內(nèi)部數(shù)據(jù)類型相關的基本算術指令 (即實數(shù)和整數(shù)加法、減法、乘法和除法等 )、測試數(shù)據(jù)項性質(zhì) (如是否為零，是正數(shù)或負數(shù)等 )的指令 、對數(shù)據(jù)項的某一部分進行存取和修改 (如在一個字中存取一個字符 ，在一條指令中存取操作數(shù)的地址等 )的指令、控制輸入 /輸出設備的指令及順序控制指令 (如無條件跳轉(zhuǎn)等 )。具體產(chǎn)品如鍵盤、鼠標和掃描儀等。最新的 CPU 除包括這些基本功能外，還集成了高速 Cache(緩存 )等部件。一臺計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備 5 大部分組成。硬件是組成計算機系統(tǒng)的物理實體，是看得見摸得著的部分。與主流的 x86 處理器完全使 用硬件設計不同， Crusoe 處理器的解決方案采用軟硬兼施辦法，即硬件引擎核心和軟件核心的合成結 構。該處理器采用 微米工藝制造，核 心面積只有 5 2 mm 2 ，內(nèi)部集成了 1 2 8 KB 全速一級緩存， 6 4 KB 二級緩存。與前一款 產(chǎn)品不同 的是，新款 Cyrix Ⅲ 的芯片面積大幅度 縮小，內(nèi)核電壓也降為 1 .8V，一級緩存為 128KB，但沒有二級緩存。 三、其他廠商的新款 C P U 1 .V IA 的 C y r i x Ⅲ 處理器 C y r ix 曾經(jīng)是一家相當有實力的處理 器設計公司。從 AMD 已經(jīng)公布的資料分析， K8 處理器將不再采用全新的 64 位設計，而是重新回到 x8664 的軌道上來 (即 增強型的 x 8 6 3 2)，以便與現(xiàn)有的 32 位和 16 位程序兼容。據(jù)我們所知， A MD 預計在年底開始限量供貨，到 2 0 02 年上半年全線生產(chǎn) Thoroughbred 。起始時鐘頻率 900MHz。顯而易見，擁有 16 通道相對 L2 Cache 的 Thunderbird 處理器比只帶有 8 通道相對 L2 Cache 的 P Ⅲ Coppermine 處理器有著更高的數(shù)據(jù)命中率。從這一點上分析，盡管 Duron 只有 64KB 的全速二級緩存，但其性能表現(xiàn)已超過具備 1 2 8 KB 全速二級緩存的 C e l e r o n Ⅱ 。目前 已經(jīng)發(fā)布了 6 0 0 M Hz 、 6 5 0 M Hz 、7 0 0 M Hz 和 8 0 0 M Hz 等幾種 型號，稍后還會有更高主頻的型號上市。每千片的批發(fā)價為 562 美元。 2020 年 5 月 14 日， AMD 發(fā)布用于筆記本電腦的 Athlon 4 處理器。 1999 年 7 月 :Pentium Ⅲ 發(fā)布，最初時鐘頻率在 450MHz 以上，總線速度在 100MHz 以上，采用 工藝制造，支持 SSE 多媒體指令集，集成有 512KB 以上的二級緩存。 1997 年 1 月 8 日 :Intel 發(fā)布 Pentium MMX CPU，處理器的游戲和多媒體功能得到增強。 Windows 95 取得了巨大成功。 1994 年 3 月 7 日 :Intel 發(fā)布 90 ～ 100MHz Pentium 處理器。該版本突破了 640KB 的基本內(nèi)存限制。該處理器集成了 120 萬個晶體管，其后繼型號的時鐘頻率達到 100MHz 。這是第一個支持 3.5 英寸磁盤的系統(tǒng)，但只支持到 720KB， 版才支持 。 1984 年 :DNS(Domain Name Server)域名服務器發(fā)布，互聯(lián)網(wǎng)上有 1000 多臺主機運行。 Microsoft 與 IBM 的合作一直到 1991 年的 DOS 為止。 1979 年 :IBM 公司眼看個人計算機市場被蘋果等電腦公司占有，決定開發(fā)自己的個人計算機 。 3 年后就收入 50 萬美元，員工增加到 15 人。隨著超大規(guī)模集成電路和微處理器技術的進步，計算機進入尋常百姓家的技術障礙逐漸被突破。這是一個非常強大的語言，特別受人喜愛。 1971 年 11 月 15 日 :Marcian 在 Intel 公司開發(fā)成功第一塊微處理器 4004，含 2300 個晶體管，字長為 4 位，時鐘頻率為 108KHz，每秒執(zhí)行 6 萬條指令。 1968 年 :Robert Noyce 和他的幾個朋友創(chuàng)辦了 Intel 公司。 1964 年 :DEC 發(fā)布 PDB8 小型計算機。過了 30 年，日本才承認，這樣日本公司可以從中得到一部分利潤。這是一種適合科學研究使用的計算機高級語言。這臺機器是 John von Neumann 提議建造的。 1946 年 :ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)誕生 ，這是第一臺真正意義上的數(shù)字電子計算機。 1943 年 1 月 :Mark I 自動順序控制計算機在美國研制成功。這是一臺能在一秒鐘內(nèi)算出乘法的穿孔卡片計算機 。 Herman Hollerith (后來他的公司發(fā)展成了 IBM 公司 )借鑒 Babbage 的發(fā)明，用穿孔卡片存儲數(shù)據(jù)，并設計了機器。 1625 年 :William Oughtred(1575 ～ 1660 年 )發(fā)明計算尺。從下面這個按時間順序展現(xiàn)的計算機發(fā)展簡史中，我們可以感受到科技發(fā)展的艱辛及科學技術的巨大推動力。 一、機械 計算機的誕生 在西歐，由中世紀進入文藝復興時期的社會大變革，極大地促進了自然科學技術的發(fā)展，人們長期被神權壓抑的創(chuàng)造力得到了空前的釋放 。 1668 年 :英國人 Samuel Morl(1625 ～ 1695 年 )制作了一個非十進制的加法裝置 ，適宜計算錢幣。結果僅用 6 周就得出了準確的人 口統(tǒng)計數(shù)據(jù) (如果用人工方法，大概要花 10 年時間 )。這臺機器無論在自然科學還是在商業(yè)應用上都具有重要的地位，大約制造了 1500 臺。整個機器有 51 英尺長 、 5 噸重 、 75 萬個零部件。開始研制于 1943 年，完成于 1946 年，負責人是 John 和 Eckert，重 30 噸，用了 18000 個電子管，功率 25 千瓦，主要用于計算彈道和氫彈的研制。 1950 年 :日本東京帝國大學的 Yoshiro Nakamats 發(fā)明了軟磁盤 ，其銷售權由 IBM 公司獲得 。 1957 年 :IBM 開發(fā)成功第一臺點陣式打印機。但到 2020 年，這個專利就失效了。 1965 年 :摩爾定律發(fā)表，處理器的晶體管數(shù)量每 18 個月增加一倍，價格下降一半。 1968 年 :Seymour Paper 和他的研究小組在 MIT 開發(fā)了 LOGO 語言。 1972 年 :1972 年以后的計算機習慣上被稱為第四代計算機。 1972 年 :HewlettPackard 發(fā)明了第一個手持計算器。特別是在 Intel 公司發(fā)布了其面向個人用戶的微處理器 8080 之后，這一浪潮終于洶涌澎湃起來，同時也催生出了一大批信息時代的弄潮兒，如 Stephen Jobs(史締芬 1992 年達 28 億美元， 1 萬名雇員。為了盡快推出自己的產(chǎn)品， IBM 將大量工作交給第三方來完成 (其中微軟公司就承擔了操作系統(tǒng)的開發(fā)工作 ，這同時也為微軟后來的崛起奠定了基礎 )，于 1981 年 8 月 12 日推出了 IBMPC 。最初的 DOS 非常簡陋，每張盤上只有一個根目錄，不支持子目錄，直到 1983 年 3 月的 2.0 版才有所改觀。 1984 年底 :Compaq 開始開發(fā) IDE 接口，能以更快的速度傳輸數(shù)據(jù)，并被許多同行采納，后來在此基礎上開發(fā)出了性能更好的 EIDE 接口。 1987 年 :Microsoft Windows 發(fā)布。 1989 年 11 月 :Sound Blaster Card(聲卡 )發(fā)布。這個版本也標志著微軟與 IBM 在 DOS 上合作的終結。 1994 年 :Netscape 瀏覽器發(fā)布。 1995 年 11 月 1 日 :Pentium Pro 發(fā)布，主頻可達 200MHz 、每秒可執(zhí)行 億條指令、集成了 550 萬個晶體管。 1997 年 4 月 :IBM 的深藍 (Deep Blue)計算機戰(zhàn)勝人類國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫。 1999 年 10 月 25 日 :代號為 Coppermine(銅礦 )的 Pentium Ⅲ 處理器發(fā)布。該處理器采用 微米工藝造，前端總線頻率為 200MHz，有 256KB 二級緩存和 128KB 一級緩存。 硬件工程師培訓教程（八） 二、 AM D 公司的新款 C P U 1 .D u r on 處理器 D u r on 的研發(fā)代號為 S p i t f i r e(烈火 )，其中文名字叫鉆龍。由于D u r on 全 部采用 A M D T h u n d e r B i r d(雷鳥 )處理器的核心，因此具 有全面優(yōu)于 K6 系列的卓越性能，能耗較之原來的 K6 系列 大幅降低，三通道的浮點運算處理能力使一直讓 A MD 倍 感頭痛的浮點運算問題得以解決。 由于 D u r on 與 C e l e r o n Ⅱ 一樣也引入了 0 .18 μm 的鋁工藝技術制造，能耗降低的好處自然就是 超頻性能的提升。 3 .P a l o m i no 和 M o r g a n(摩根馬 ) Palomino 處理器是 AMD 對 Intel Pentium 4 處理器的回應，而且很有意思的是發(fā)布的時候它居然 被叫做了 Athlon 4，此前并無 Athlon 2 或 Athlon 3 的說法。芯片組 :VIA KM133 、 KL133 、 SiS 730S 。既然 AMD 以前把 2020 年初的奮斗目標定在 2GHz，我們就有理由相信 Thoroughbred 將 是 2GHz 的產(chǎn)品。 K8 就是這種設計下的第一款成品。早在 486 時代， C y r ix 便紅 極一時，甚至儼然已經(jīng)可以和當時的 I n t el 分庭抗禮。由于 Cyrix Ⅲ 內(nèi)置了 MMX 和 3DNow！指令，因此在多媒體領域應該還是 具有一定實力的。支持 1 3 3 M Hz 前端總線頻率、 3 D N ow！和MMX 多媒體指令集。 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 Instruction Word， 超長指令 )引擎，其核心指令與普通的 x86 處理器指令沒有相同之處。從大的方面來分，硬件包括CPU(Central Processing Unit ——中央處理器