处理器的发展

第五节处理器的发展处理器研究重点：精细芯片加工工艺、芯片电压降低和管理技术、多媒体硬指令实现技术、功能扩展技术、体系结构优化技术（RISC,CISC,VLIS）。Intel(Pentium),Motorola(M68x),IBM(PowerPC),DEC(Alpha),AMD(Kx),HP(PAxxx),Cyrix(Mx),IDT(Winchip),Sun(Sparc),MIPS(Rxx),NEC等理解重点：x86指令系列的处理器系统集成第二章计算机主机系统与处理器Intel技术架构新世纪开始，Intel公司倡导了四大技术架构（2000年）：1）IA-32,IA-64芯片架构新型处理器架构。2）个人互联网客户端架构（PCA）基于客户端的有线和无线计算技术。3）互联网交换架构（IXA）新一代网络设备设计开发平台与芯片。4）“安腾”与“至强”处理器架构互联网高端服务器基础设施芯片。系统集成第二章计算机主机系统与处理器一、Intel处理器型号晶体管数工艺日期Intel40042300颗10微米1971年Intel80806000颗6微米1974年Intel8038627.5万颗1.5微米1985年Intel80486120万颗1.0微米1989年Intel奔腾310万颗0.8微米1993年奔腾Pro550万颗0.6微米1995年奔腾II750万颗0.35微米1997年奔腾III950万颗0.25微米1999年奔腾III2810万颗0.18微米1999年奔腾IV万颗0.14微米2001年系统集成第二章计算机主机系统与处理器一、Intel处理器巨人和霸主的时代，Intel处理器一统天下Intel486前CISC结构；486中RISC整数运算核心，奔腾级CISC/RISC集成结构。完成超标量、超流水线结构。六类不同的奔腾级处理器：P5级常规奔腾(Pentium)IA-32结构P5级多能奔腾(PentiumwithMMX)P6级高能奔腾(PentiumPro)P6级奔腾Ⅱ代(PentiumProwithMMX)P6级奔腾III代(PentiumProwithMMX2)P7级64位处理器（Merced)，IA-64结构系统集成第二章计算机主机系统与处理器系统集成第二章计算机主机系统与处理器系统集成第二章计算机主机系统与处理器高能奔腾(PentiumPro)P6级芯片，686芯片95年推出，芯片采用双穴封装，定制的L2Cache与它放在一起。使高速缓存能运行在更高频率上。但这样的设计使P-Pro价格异常昂贵。它具有双重独立总线结构、指令动态执行结构，多用于高性能的工作站和服务器。频率范围133/150/166/200MHz。现已淘汰。系统集成第二章计算机主机系统与处理器奔腾二代(PentiumProwithMMX)97年5月推出,高能奔腾基础上的MMX化频率范围233/266/300/333/350/400/443MHz0.35或0.25微米工艺技术和电压降低技术核心电压从2.45伏降为1.8伏，I/O接口电压从3.3伏降为2.5伏，能耗降低50%。封装采用单边接触(SEC)，(传统PGA)，Slot1插座,PⅡ处理器具有四大特点技术：双重独立总线结构(DIB)多媒体指令技术(MMX)指令动态执行技术(DIE)单边接触接口技术(SEC)系统集成第二章计算机主机系统与处理器PII的若干档次：（98年推出了16种）每一档芯片之间区别较大，例如：①Klamath，第一代PⅡ，233～300MHz，0.35微米工艺，512KL2c，66MHz外频,Slot1插座。②Deschutes，增强型，333～450MHz,0.25工艺，2ML2c,外频66-100MHz,锁频,不允许超频工作。③Celeron，“赛杨”，PⅡ简化，结构是Deschutes，266～433MHz，66MHz外频。系统集成第二章计算机主机系统与处理器④Xeon，“至强”，400～600MHz，0.25～0.18工艺，slot2，512～2MBL2c，100MHz外频，采用Intel扩展服务器存储器结构(ESMA)，主存可超过4GB。⑤Tanner，至强增强，500主频出现，分别采用512K~2ML2c，0.25工艺，100Mhz总线外频。Slot2,SlotM接口。⑥Dixon，高速缓存直接集成在处理器中的PⅡ芯片，333-366MHz，集成256KB的cache到芯片,0.18工艺。系统集成第二章计算机主机系统与处理器奔腾三代(PentiumProwithMMX2)原PII处理器中的Katmai（研发代号）于99年2月重新命名为PentiumIII。该处理器带有70条新的MMX指令，又称KNI(Katmainewinstructions)指令。频率400MHz-600MHz，支持slot2结构，面向自然语音处理、商务应用、自然人机界面等，提高了浮点处理和3D处理密集的应用程序性能。也针对高档服务器等。系统集成第二章计算机主机系统与处理器PIII芯片的特点：1）序列号序列号是Intel用于提高电子商务处理安全的技术，一个芯片标识符。出于安全和秘密性考虑，它被固化在芯片上。很多开发商都将其产品中的序列号屏蔽掉（如IBM在系统BIOS中屏蔽），当用户想利用这个标识，只需在BIOS中设置。这种加密方法曾激起私密权利组织的强烈抗议，并联合抵制PIII芯片的使用。有人声称有办法用软件方式激活序列号，利用它跟踪用户的一举一动。系统集成第二章计算机主机系统与处理器PIII系统结构系统集成第二章计算机主机系统与处理器核心体系结构动态执行浮点体系结构浮点运算多媒体体系MMX技术存储体系结构P6总线+WCIO+SSE指令集SIMD浮点新媒体指令内存数据流优化指令集PII处理器技术=PIII结构P7级芯片P7处理器一直是Intel公司的设计目标之一，Intel公司在与HP公司联合开发IA-32结构处理器的同时，就开始了其IA-64结构处理器的研制。第一代64位的处理器称为Merced芯片，它同时融合了CISC和RISC技术（EPIC技术），采用0.18微米电子束布线生产工艺（相当于一根头发纵宽的1/555），工作频率已达1GHz，支持slot2结构和slotM结构，具有强大的处理功能。系统集成第二章计算机主机系统与处理器P7级芯片Merced处理器可以一次并行处理十几个运算（IA-32体系最多可并行处理４个运算），EPIC执行速度比单纯的CISC和RISC芯片至少快两倍。Merced处理器芯片被分为３部分，一部分运行CISC，一部分运行RISC，另一部分运行EPIC。为保证IA-64体系可以运行MSNT和UNIX程序，芯片中保留了奔腾处理器的内核，为支持HP-UNIX，又保留了部分PA-RISC电路。系统集成第二章计算机主机系统与处理器Backupplease!系统集成第二章计算机主机系统与处理器