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中央處理器
一塊超大規模的集成電路
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(gè)寄存器和高速緩沖存儲器及實(shí)現它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)的總線(xiàn)。它與內部存儲器和輸入/輸出設備合稱(chēng)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據。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(shí)間 | 1971年 |
| 開(kāi)發(fā)商 | Intel AMD VIA 龍芯 全美達 |
| 所屬類(lèi)別 | 計算機系統的執行單元 |
| 功能 | 信息處理、程序運行的最終執行單元 |
| 運行工作 | 處理指令、執行操作、控制時(shí)間、處理數據 |
收起
簡(jiǎn)介
中央處理器（CPU），是電子計算機的主要設備之一，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據。CPU是計算機中負責讀取指令，對指令譯碼并執行指令的核心部件。中央處理器主要包括兩個(gè)部分，即控制器、運算器，其中還包括高速緩沖存儲器及實(shí)現它們之間聯(lián)系的數據、控制的總線(xiàn)。電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存儲器、輸入/輸出設備。中央處理器的功效主要為處理指令、執行操作、控制時(shí)間、處理數據。
在計算機體系結構中，CPU 是對計算機的所有硬件資源（如存儲器、輸入輸出單元）進(jìn)行控制調配、執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。計算機系統中所有軟件層的操作，最終都將通過(guò)指令集映射為CPU的操作。
物理結構
cpu
邏輯部件
英文Logiccomponents；運算邏輯部件。可以執行定點(diǎn)或浮點(diǎn)算術(shù)運算操作、移位操作以及邏輯操作，也可執行地址運算和轉換。
控制部件
英文Controlunit；控制部件，主要是負責對指令譯碼，并且發(fā)出為完成每條指令所要執行的各個(gè)操作的控制信號。
微存儲中保持微碼，每一個(gè)微碼對應于一個(gè)最基本的微操作，又稱(chēng)微指令；各條指令是由不同序列的微碼組成，這種微碼序列構成微程序。中央處理器在對指令譯碼以后，即發(fā)出一定時(shí)序的控制信號，按給定序列的順序以微周期為節拍執行由這些微碼確定的若干個(gè)微操作，即可完成某條指令的執行。簡(jiǎn)單指令是由（3～5）個(gè)微操作組成，復雜指令則要由幾十個(gè)微操作甚至幾百個(gè)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行順序。程序中的各指令之間是有嚴格順序的，必須嚴格按程序規定的順序執行，才能保證計算機系統工作的正確性。
執行操作
英文Performanaction；一條指令的功能往往是由計算機中的部件執行一系列的操作來(lái)實(shí)現的。CPU要根據指令的功能，產(chǎn)生相應的操作控制信號，發(fā)給相應的部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動(dòng)作。
控制時(shí)間
英文Controltime；時(shí)間控制就是對各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)。在一條指令的執行過(guò)程中，在什么時(shí)間做什么操作均應受到嚴格的控制。只有這樣，計算機才能有條不紊地工作。
處理數據
即對數據進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算，或進(jìn)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據，并執行指令。在微型計算機中又稱(chēng)微處理器，計算機的所有操作都受CPU控制，CPU的性能指標直接決定了微機系統的性能指標。CPU具有以下4個(gè)方面的基本功能：數據通信，資源共享，分布式處理，提供系統可靠性。運作原理可基本分為四個(gè)階段：提取（Fetch）、解碼（Decode）、執行（Execute）和寫(xiě)回（Writeback）。
工作過(guò)程
解碼
解碼線(xiàn)路
執行
在提取和解碼階段之后，緊接著(zhù)進(jìn)入執行階段。該階段中，連接到各種能夠進(jìn)行所需運算的CPU部件。
例如，要求一個(gè)加法運算，算術(shù)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit）將會(huì )連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供了要相加的數值，而輸出將含有總和的結果。ALU內含電路系統，易于輸出端完成簡(jiǎn)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(gè)對該CPU處理而言過(guò)大的結果，在標志暫存器里可能會(huì )設置運算溢出（Arithmetic Overflow）標志。
寫(xiě)回
最終階段，寫(xiě)回，以一定格式將執行階段的結果簡(jiǎn)單的寫(xiě)回。運算結果經(jīng)常被寫(xiě)進(jìn)CPU內部的暫存器，以供隨后指令快速存取。在其它案例中，運算結果可能寫(xiě)進(jìn)速度較慢，但容量較大且較便宜的主記憶體中。某些類(lèi)型的指令會(huì )操作程序計數器，而不直接產(chǎn)生結果。這些一般稱(chēng)作“跳轉”（Jumps），并在程式中帶來(lái)循環(huán)行為、條件性執行（透過(guò)條件跳轉）和函式。許多指令會(huì )改變標志暫存器的狀態(tài)位元。這些標志可用來(lái)影響程式行為，緣由于它們時(shí)常顯出各種運算結果。例如，以一個(gè)“比較”指令判斷兩個(gè)值大小，根據比較結果在標志暫存器上設置一個(gè)數值。這個(gè)標志可借由隨后跳轉指令來(lái)決定程式動(dòng)向。在執行指令并寫(xiě)回結果之后，程序計數器值會(huì )遞增，反復整個(gè)過(guò)程，下一個(gè)指令周期正常的提取下一個(gè)順序指令。
性能參數
主頻
主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來(lái)表示CPU的運算、處理數據的速度。通常，主頻越高，CPU處理數據的速度就越快。
CPU的主頻=外頻×倍頻系數。主頻和實(shí)際的運算速度存在一定的關(guān)系，但并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。所以，CPU的主頻與CPU實(shí)際的運算能力是沒(méi)有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內數字脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產(chǎn)品中，也可以看到這樣的例子：1GHzItanium芯片能夠表現得差不多跟2.66GHz至強（Xeon）/Opteron一樣快，或是1.5GHzItanium2大約跟4GHzXeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線(xiàn)、總線(xiàn)等各方面的性能指標。
外頻
外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著(zhù)整塊主板的運行速度。通俗地說(shuō)，在臺式機中，所說(shuō)的超頻，都是超CPU的外頻（當然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點(diǎn)是很好理解的。但對于服務(wù)器CPU來(lái)講，超頻是絕對不允許的。前面說(shuō)到CPU決定著(zhù)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(huì )產(chǎn)生異步運行，（臺式機很多主板都支持異步運行）這樣會(huì )造成整個(gè)服務(wù)器系統的不穩定。
絕大部分電腦系統中外頻與主板前端總線(xiàn)不是同步速度的，而外頻與前端總線(xiàn)（FSB）頻率又很容易被混為一談。
總線(xiàn)頻率
AMD 羿龍II X4 955黑盒
外頻與前端總線(xiàn)（FSB）頻率的區別：前端總線(xiàn)的速度指的是數據傳輸的速度，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說(shuō)，100MHz外頻特指數字脈沖信號在每秒鐘震蕩一億次；而100MHz前端總線(xiàn)指的是每秒鐘CPU可接受的數據傳輸量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。
倍頻系數
倍頻系數是指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(shí)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與系統之間數據傳輸速度是有限的，一味追求高主頻而得到高倍頻的CPU就會(huì )出現明顯的“瓶頸”效應－CPU從系統中得到數據的極限速度不能夠滿(mǎn)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(méi)有鎖，AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶(hù)可以自由調節倍頻，調節倍頻的超頻方式比調節外頻穩定得多）。
緩存
緩存大小也是CPU的重要指標之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內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內存 和硬盤(pán)。實(shí)際工作時(shí)，CPU往往需要重復讀取同樣的數據塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內部讀取數據的命中率，而不用再到內存或者硬盤(pán)上尋找，以此提高系統性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來(lái)考慮，緩存都很小。
L1Cache(一級緩存）是CPU第一層高速緩存，分為數據緩存和指令緩存。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過(guò)高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結構較復雜，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，分內部和外部?jì)煞N芯片。內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(huì )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，內存延遲，同時(shí)提升大數據量計算時(shí)處理器的性能。降低內存延遲和提升大數據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(zhù)的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內存會(huì )更有效，故它比較慢的磁盤(pán)I/O子系統可以處理更多的數據請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統緩存行為及較短消息和處理器隊列長(cháng)度。
其實(shí)最早的L3緩存被應用在A(yíng)MD發(fā)布的K6-III處理器上，當時(shí)的L3緩存受限于制造工藝，并沒(méi)有被集成進(jìn)芯片內部，而是集成在主板上。在只能夠和系統總線(xiàn)頻率同步的L3緩存同主內存其實(shí)差不了多少。后來(lái)使用L3緩存的是英特爾為服務(wù)器市場(chǎng)所推出的Itanium處理器。接著(zhù)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(jiàn)前端總線(xiàn)的增加，要比緩存增加帶來(lái)更有效的性能提升。
制造工藝
CPU制造工藝的微米是指IC內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電路設計，意味著(zhù)在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。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(huì )直接跳過(guò)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(chǎng)反應平常。據可靠消息，2014年上半年可能有28nm的臺式Apu發(fā)布，其gpu將采用GCN架構，與高端A卡同架構。
指令集
CPU依靠指令來(lái)自計算和控制系統，每款CPU在設計時(shí)就規定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統。指令的強弱也是CPU的重要指標，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。
從現階段的主流體系結構講，指令集可分為復雜指令集和精簡(jiǎn)指令集兩部分（指令集共有四個(gè)種類(lèi)），而從具體運用看，如Intel的MMX（Multi Media Extended，此為AMD猜測的全稱(chēng)，Intel并沒(méi)有說(shuō)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(huì )把CPU的擴展指令集稱(chēng)為”CPU的指令集”。SSE3指令集也是規模最小的指令集，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(kāi)始，CPU的工作電壓分為內核電壓和I/O電壓兩種，通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中內核電壓的大小是根據CPU的生產(chǎn)工藝而定，一般制作工藝越小，內核工作電壓越低；I/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過(guò)大和發(fā)熱過(guò)高的問(wèn)題。
CISC
CISC指令集，也稱(chēng)為復雜指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computing的縮寫(xiě)）。在CISC微處理器中，程序的各條指令是按順序串行執行的，每條指令中的各個(gè)操作也是按順序串行執行的。順序執行的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，但計算機各部分的利用率不高，執行速度慢。其實(shí)它是英特爾生產(chǎn)的x86系列（也就是IA-32架構）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是新起的X86-64（也說(shuō)成AMD64）都是屬于CISC的范疇。
要知道什么是指令集還要從當今的X86架構的CPU說(shuō)起。X86指令集是Intel為其第一塊16位CPU(i8086）專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，IBM1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU－i8088(i8086簡(jiǎn)化版）使用的也是X86指令，同時(shí)電腦中為提高浮點(diǎn)數據處理能力而增加了X87芯片，以后就將X86指令集和X87指令集統稱(chēng)為X86指令集。
雖然隨著(zhù)CPU技術(shù)的不斷發(fā)展，Intel陸續研制出更新型的i80386.i80486直到過(guò)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運行以往開(kāi)發(fā)的各類(lèi)應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(lèi)。
RISC
中央處理器
復雜的指令系統必然增加微處理器的復雜性，使處理器的研制時(shí)間長(cháng)，成本高。并且復雜指令需要復雜的操作，必然會(huì )降低計算機的速度。基于上述原因，20世紀80年代RISC型CPU誕生了，相對于CISC型CPU,RISC型CPU不僅精簡(jiǎn)了指令系統，還采用了一種叫做“超標量和超流水線(xiàn)結構”，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。它與傳統的CISC（復雜指令集）相對。相比而言，RISC的指令格式統一，種類(lèi)比較少，尋址方式也比復雜指令集少。當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的CPU，特別是高檔服務(wù)器全都采用RISC指令系統的CPU。RISC指令系統更加適合高檔服務(wù)器的操作系統Windows 7，Linux也屬于類(lèi)似Windows OS(UNIX)的操作系統。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(lái)說(shuō)，它更像Intel的處理器邁向RISC體系的重要步驟。從理論上說(shuō)，EPIC體系設計的CPU，在相同的主機配置下，處理Windows的應用軟件比基于Unix下的應用軟件要好得多。
Intel采用EPIC技術(shù)的服務(wù)器CPU是安騰Itanium（開(kāi)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(kāi)發(fā)了代號為Win64的操作系統，在軟件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后，它又轉而尋求更先進(jìn)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，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)架構便誕生了。IA-64 (x92)在很多方面來(lái)說(shuō)，都比x86有了長(cháng)足的進(jìn)步。突破了傳統IA32架構的許多限制，在數據的處理能力，系統的穩定性、安全性、可用性、可觀(guān)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缺乏與x86的兼容，而Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個(gè)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(gè)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應用程序時(shí)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(xiàn)與超標量前，先了解流水線(xiàn)（Pipeline）。流水線(xiàn)是Intel首次在486芯片中開(kāi)始使用的。流水線(xiàn)的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線(xiàn)。在CPU中由5－6個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線(xiàn)，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行，這樣就能實(shí)現在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令，因此提高CPU的運算速度。經(jīng)典奔騰每條整數流水線(xiàn)都分為四級流水，即指令預取、譯碼、執行、寫(xiě)回結果，浮點(diǎn)流水又分為八級流水。
cpu
多線(xiàn)程
同時(shí)多線(xiàn)程SimultaneousMultithreading，簡(jiǎn)稱(chēng)SMT。SMT可通過(guò)復制處理器上的結構狀態(tài)，讓同一個(gè)處理器上的多個(gè)線(xiàn)程同步執行并共享處理器的執行資源，可最大限度地實(shí)現寬發(fā)射、亂序的超標量處理，提高處理器運算部件的利用率，緩和由于數據相關(guān)或Cache未命中帶來(lái)的訪(fǎng)問(wèn)內存延時(shí)。當沒(méi)有多個(gè)線(xiàn)程可用時(shí)，SMT處理器幾乎和傳統的寬發(fā)射超標量處理器一樣。SMT最具吸引力的是只需小規模改變處理器核心的設計，幾乎不用增加額外的成本就可以顯著(zhù)地提升效能。多線(xiàn)程技術(shù)則可以為高速的運算核心準備更多的待處理數據，減少運算核心的閑置時(shí)間。這對于桌面低端系統來(lái)說(shuō)無(wú)疑十分具有吸引力。Intel從3.06GHzPentium4開(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)CMP）。CMP是由美國斯坦福大學(xué)提出的，其思想是將大規模并行處理器中的SMP（對稱(chēng)多處理器）集成到同一芯片內，各個(gè)處理器并行執行不同的進(jìn)程。這種依靠多個(gè)CPU同時(shí)并行地運行程序是實(shí)現超高速計算的一個(gè)重要方向，稱(chēng)為并行處理。與CMP比較，SMT處理器結構的靈活性比較突出。但是，當半導體工藝進(jìn)入0.18微米以后，線(xiàn)延時(shí)已經(jīng)超過(guò)了門(mén)延遲，要求微處理器的設計通過(guò)劃分許多規模更小、局部性更好的基本單元結構來(lái)進(jìn)行。相比之下，由于CMP結構已經(jīng)被劃分成多個(gè)處理器核來(lái)設計，每個(gè)核都比較簡(jiǎn)單，有利于優(yōu)化設計，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結構。多核處理器可以在處理器內部共享緩存，提高緩存利用率，同時(shí)簡(jiǎn)化多處理器系統設計的復雜度。但這并不是說(shuō)明，核心越多，性能越高，比如說(shuō)16核的CPU就沒(méi)有8核的CPU運算速度快，因為核心太多，而不能合理進(jìn)行分配，所以導致運算速度減慢。在買(mǎi)電腦時(shí)請酌情選擇。2005年下半年，Intel和AMD的新型處理器也將融入CMP結構。新安騰處理器開(kāi)發(fā)代碼為Montecito，采用雙核心設計，擁有最少18MB片內緩存，采取90nm工藝制造。它的每個(gè)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(chēng)多處理結構的簡(jiǎn)稱(chēng)，是指在一個(gè)計算機上匯集了一組處理器（多CPU），各CPU之間共享內存子系統以及總線(xiàn)結構。在這種技術(shù)的支持下，一個(gè)服務(wù)器系統可以同時(shí)運行多個(gè)處理器，并共享內存和其他的主機資源。像雙至強，也就是所說(shuō)的二路，這是在對稱(chēng)處理器系統中最常見(jiàn)的一種（至強MP可以支持到四路，AMDOpteron可以支持1-8路）。也有少數是16路的。但是一般來(lái)講，SMP結構的機器可擴展性較差，很難做到100個(gè)以上多處理器，常規的一般是8個(gè)到16個(gè)，不過(guò)這對于多數的用戶(hù)來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用了。在高性能服務(wù)器和工作站級主板架構中最為常見(jiàn)，像UNIX服務(wù)器可支持最多256個(gè)CPU的系統。
構建一套SMP系統的必要條件是：支持SMP的硬件包括主板和CPU；支持SMP的系統平臺，再就是支持SMP的應用軟件。為了能夠使得SMP系統發(fā)揮高效的性能，操作系統必須支持SMP系統，如WINNT、LINUX、以及UNIX等等32位操作系統。即能夠進(jìn)行多任務(wù)和多線(xiàn)程處理。多任務(wù)是指操作系統能夠在同一時(shí)間讓不同的CPU完成不同的任務(wù)；多線(xiàn)程是指操作系統能夠使得不同的CPU并行的完成同一個(gè)任務(wù)。
要組建SMP系統，對所選的CPU有很高的要求，首先、CPU內部必須內置APIC（AdvancedProgrammableInterruptControllers）單元。Intel多處理規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(lèi)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(gè)生產(chǎn)批次的CPU作為雙處理器運行的時(shí)候，有可能會(huì )發(fā)生一顆CPU負擔過(guò)高，而另一顆負擔很少的情況，無(wú)法發(fā)揮最大性能，更糟糕的是可能導致死機。
NUMA技術(shù)
NUMA即非一致訪(fǎng)問(wèn)分布共享存儲技術(shù)，它是由若干通過(guò)高速專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)的獨立節點(diǎn)構成的系統，各個(gè)節點(diǎn)可以是單個(gè)的CPU或是SMP系統。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(shí)現對cache的一致性維護，通常需要操作系統針對NUMA訪(fǎng)存不一致的特性（本地內存和遠端內存訪(fǎng)存延遲和帶寬的不同）進(jìn)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系統的例子。這里有3個(gè)SMP模塊用高速專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)可以有12個(gè)CPU。像Sequent的系統最多可以達到64個(gè)CPU甚至256個(gè)CPU。顯然，這是在SMP的基礎上，再用NUMA的技術(shù)加以擴展，是這兩種技術(shù)的結合。
亂序執行
亂序執行（out-of-orderexecution），是指CPU允許將多條指令不按程序規定的順序分開(kāi)發(fā)送給各相應電路單元處理的技術(shù)。這樣將根據個(gè)電路單元的狀態(tài)和各指令能否提前執行的具體情況分析后，將能提前執行的指令立即發(fā)送給相應電路單元執行，在這期間不按規定順序執行指令，然后由重新排列單元將各執行單元結果按指令順序重新排列。采用亂序執行技術(shù)的目的是為了使CPU內部電路滿(mǎn)負荷運轉并相應提高了CPU的運行程序的速度。
分枝技術(shù)
（branch）指令進(jìn)行運算時(shí)需要等待結果，一般無(wú)條件分枝只需要按指令順序執行，而條件分枝必須根據處理后的結果，再決定是否按原先順序進(jìn)行。
控制器
許多應用程序擁有更為復雜的讀取模式（幾乎是隨機地，特別是當cachehit不可預測的時(shí)候），并且沒(méi)有有效地利用帶寬。典型的這類(lèi)應用程序就是業(yè)務(wù)處理軟件，即使擁有如亂序執行（outoforderexecution）這樣的CPU特性，也會(huì )受內存延遲的限制。這樣CPU必須得等到運算所需數據被除數裝載完成才能執行指令（無(wú)論這些數據來(lái)自CPUcache還是主內存系統）。當前低段系統的內存延遲大約是120－150ns，而CPU速度則達到了4GHz以上，一次單獨的內存請求可能會(huì )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(huì )花50%的時(shí)間來(lái)等待內存請求的結束－比如因為內存延遲的緣故。
在處理器內部整合內存控制器，使得北橋芯片將變得不那么重要，改變了處理器訪(fǎng)問(wèn)主存的方式，有助于提高帶寬、降低內存延時(shí)和提升處理器性制造工藝：Intel的I5可以達到28納米，在將來(lái)的CPU制造工藝可以達到22納米。
在ICT的應用
CPU應用
產(chǎn)品選購
核數選擇
如果玩游戲的話(huà)，個(gè)人認為四核也是必要的。因為按照60%并行計算的話(huà)，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(lái)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(gè)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(gè)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(huì )標明這個(gè)編號，這個(gè)編號相當于手機的IMEI碼，如果你購買(mǎi)了處理器后發(fā)現這兩個(gè)編號是不一樣的，那就可以肯定你買(mǎi)的這個(gè)產(chǎn)品是被不法商人掉包過(guò)的了。
看包裝
不法商人利用包裝偷龍轉鳳是比較常用的手法，主要是出現在Intel的CPU上，Intel盒裝處理器與散包處理器的區別就在于三年質(zhì)保，價(jià)格方面相差幾十到上百元不等。當然，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(gè)小規模的產(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準，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(méi)有拆封過(guò)的包裝盒貼有一張標貼，如果沒(méi)有這張標貼，那肯定是假貨。而這張標貼也是鑒別包裝盒真偽的一個(gè)切入點(diǎn)。從圖中可以看到，正品的標貼通過(guò)機器刻上了“十”字形的割痕，在撕開(kāi)后這張標貼就會(huì )損壞而作廢。而假的包裝盒上面也有這張標貼，也同樣有這個(gè)“十”字形的割痕，不過(guò)請注意，正品的“十”字形割痕中間并沒(méi)有連在一起，而且割痕的長(cháng)短深度都非常均勻，而假貨的標貼往往是制假者自己用刀片割上去的，如果消費者發(fā)現這個(gè)“十”字形的割痕長(cháng)短不一，而且中間連在一起，那就可以肯定這是被人動(dòng)過(guò)手腳的了。
另外，由于這個(gè)方法的鑒別非常簡(jiǎn)單，一些不法商人就通過(guò)在包裝盒上貼上新的編號魚(yú)目混珠。鑒別真假的編號也要從印刷上來(lái)分辨。正規產(chǎn)品的編號條形碼采用的是點(diǎn)陣噴碼，字跡清晰，而且能夠清楚的看到數字是由一個(gè)個(gè)“點(diǎn)”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)現這個(gè)條形碼的印刷太差，字跡模糊，最好就不要購買(mǎi)了。
看風(fēng)扇
這個(gè)方法主要還是針對Intel處理器，打開(kāi)CPU的包裝后，可以查看原裝的風(fēng)扇正中的防偽標簽，真的Intel盒包CPU防偽標簽為立體式防偽，除了底層圖案會(huì )有變化外，還會(huì )出現立體的“Intel”標志。而假的盒包CPU，其防偽標識只有底層圖案的變化，沒(méi)有“Intel”的標志，而且散熱片很稀疏比。
發(fā)展歷史
計算機的發(fā)展主要表現在其核心部件——微處理器的發(fā)展上，每當一款新型的微處理器出現時(shí)，就會(huì )帶動(dòng)計算機系統的其他部件的相應發(fā)展，如計算機體系結構的進(jìn)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，外圍設備的不斷改進(jìn)以及新設備的不斷出現等。
根據微處理器的字長(cháng)和功能，可將其發(fā)展劃分為以下幾個(gè)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(shí)代，通常稱(chēng)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。基本特點(diǎn)是采用PMOS工藝，集成度低（4000個(gè)晶體管/片），系統結構和指令系統都比較簡(jiǎn)單，主要采用機器語(yǔ)言或簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言，指令數目較少（20多條指令），基本指令周期為20~50μs，用于簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合。
Intel在1969年為日本計算機制造商Busicom的一項專(zhuān)案，著(zhù)手開(kāi)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(chǎng)推出4004微處理器，當年Intel 4004處理器每顆售價(jià)為200美元。4004 是英特爾第一款微處理器，為日后開(kāi)發(fā)系統智能功能以及個(gè)人電腦奠定發(fā)展基礎，其晶體管數目約為2300顆。
第2階段
第2階段（1974——1977年）是8位中高檔微處理器時(shí)代，通常稱(chēng)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(diǎn)是采用NMOS工藝，集成度提高約4倍，運算速度提高約10~15倍（基本指令執行時(shí)間1~2μs）。指令系統比較完善，具有典型的計算機體系結構和中斷、DMA等控制功能。軟件方面除了匯編語(yǔ)言外，還有BASIC、FORTRAN等高級語(yǔ)言和相應的解釋程序和編譯程序，在后期還出現了操作系統。
1974年，Intel推出8080處理器，并作為Altair個(gè)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。電腦迷當時(shí)可用395美元買(mǎi)到一組Altair的套件。它在數個(gè)月內賣(mài)出數萬(wàn)套，成為史上第一款下訂單后制造的機種。Intel 8080晶體管數目約為6千顆。
第3階段
第3階段（1978——1984年）是16位微處理器時(shí)代，通常稱(chēng)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(diǎn)是采用HMOS工藝，集成度（20000~70000晶體管/片）和運算速度（基本指令執行時(shí)間是0.5μs）都比第2代提高了一個(gè)數量級。指令系統更加豐富、完善，采用多級中斷、多種尋址方式、段式存儲機構、硬件乘除部件，并配置了軟件系統。這一時(shí)期著(zhù)名微機產(chǎn)品有IBM公司的個(gè)人計算機。1981年IBM公司推出的個(gè)人計算機采用8088CPU。緊接著(zhù)1982年又推出了擴展型的個(gè)人計算機IBM PC/XT，它對內存進(jìn)行了擴充，并增加了一個(gè)硬磁盤(pán)驅動(dòng)器。
80286（也被稱(chēng)為286）是英特爾首款能執行所有舊款處理器專(zhuān)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，在6年的銷(xiāo)售期中，估計全球各地共安裝了1500萬(wàn)部286個(gè)人電腦。Intel 80286處理器晶體管數目為13萬(wàn)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(gè)人計算機IBM PC/AT。由于IBM公司在發(fā)展個(gè)人計算機時(shí)采用 了技術(shù)開(kāi)放的策略，使個(gè)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(shí)代，又稱(chēng)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(diǎn)是采用HMOS或CMOS工藝，集成度高達100萬(wàn)個(gè)晶體管/片，具有32位地址線(xiàn)和32位數據總線(xiàn)。每秒鐘可完成600萬(wàn)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(guò)超級小型計算機，完全可以勝任多任務(wù)、多用戶(hù)的作業(yè)。同期，其他一些微處理器生產(chǎn)廠(chǎng)商（如AMD、TEXAS等）也推出了80386/80486系列的芯片。
80386DX的內部和外部數據總線(xiàn)是32位，地址總線(xiàn)也是32位，可以尋址到4GB內存，并可以管理64TB的虛擬存儲空間。它的運算模式除了具有實(shí)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(guò)同時(shí)模擬多個(gè)8086微處理器來(lái)提供多任務(wù)能力。80386SX是Intel為了擴大市場(chǎng)份額而推出的一種較便宜的普及型CPU，它的內部數據總線(xiàn)為32位，外部數據總線(xiàn)為16位，它可以接受為80286開(kāi)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(chǎng)的廣泛的歡迎，因為80386SX的性能大大優(yōu)于80286，而價(jià)格只是80386的三分之一。Intel 80386 微處理器內含275,000 個(gè)晶體管—比當初的4004多了100倍以上，這款32位元處理器首次支持多工任務(wù)設計，能同時(shí)執行多個(gè)程序。Intel 80386晶體管數目約為27萬(wàn)5千顆。
1989年，我們大家耳熟能詳的80486芯片由英特爾推出。這款經(jīng)過(guò)四年開(kāi)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(shí)破了100萬(wàn)個(gè)晶體管的界限，集成了120萬(wàn)個(gè)晶體管，使用1微米的制造工藝。80486的時(shí)鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。
80486是將80386和數學(xué)協(xié)微處理器80387以及一個(gè)8KB的高速緩存集成在一個(gè)芯片內。80486中集成的80487的數字運算速度是以前80387的兩倍，內部緩存縮短了微處理器與慢速DRAM的等待時(shí)間。并且，在80x86系列中首次采用了RISC（精簡(jiǎn)指令集）技術(shù)，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行一條指令。它還采用了突發(fā)總線(xiàn)方式，大大提高了與內存的數據交換速度。由于這些改進(jìn)，80486的性能比帶有80387數學(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(guò)網(wǎng)絡(luò )和親友分享數位相片、編輯與新增文字、音樂(lè )或制作家庭電影的轉場(chǎng)效果、使用可視電話(huà)以及透過(guò)標準電話(huà)線(xiàn)與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )傳送影片，Intel Pentium II處理器晶體管數目為750萬(wàn)顆。
1999年推出的Pentium III處理器加入70個(gè)新指令，加入網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )串流SIMD延伸集稱(chēng)為MMX，能大幅提升先進(jìn)影像、3D、串流音樂(lè )、影片、語(yǔ)音辨識等應用的性能，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(xiàn)上博物館與商店，以及下載高品質(zhì)影片，Intel首次導入0.25微米技術(shù)，Intel Pentium III晶體管數目約為950萬(wàn)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，除了在內核架構上采納全新設計以外，也繼承了Pentium III處理器新增的70條指令集，以更好執行多媒體、流媒體應用軟件。除了面對企業(yè)級的市場(chǎng)以外，Pentium III Xeon加強了電子商務(wù)應用與高階商務(wù)計算的能力。在緩存速度與系統總線(xiàn)結構上，也有很多進(jìn)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(jìn)行了設計。
2000年英特爾發(fā)布了Pentium 4處理器。用戶(hù)使用基于Pentium 4處理器的個(gè)人電腦，可以創(chuàng )建專(zhuān)業(yè)品質(zhì)的影片，透過(guò)因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實(shí)時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音、影像通訊，實(shí)時(shí)3D渲染，快速進(jìn)行MP3編碼解碼運算，在連接因特網(wǎng)時(shí)運行多個(gè)多媒體軟件。
Pentium 4處理器集成了4200萬(wàn)個(gè)晶體管，到了改進(jìn)版的Pentium 4(Northwood)更是集成了5千5百萬(wàn)個(gè)晶體管；并且開(kāi)始采用0.18微米進(jìn)行制造，初始速度就達到了1.5GHz。
Pentium 4還提供的SSE2指令集，這套指令集增加144個(gè)全新的指令，在128bit壓縮的數據，在SSE時(shí)，僅能以4個(gè)單精度浮點(diǎn)值的形式來(lái)處理，而在SSE2指令集，該資料能采用多種數據結構來(lái)處理：
4個(gè)單精度浮點(diǎn)數(SSE)對應2個(gè)雙精度浮點(diǎn)數(SSE2)；對應16字節數(SSE2)；對應8個(gè)字數(word)；對應4個(gè)雙字數(SSE2)；對應2個(gè)四字數(SSE2)；對應1個(gè)128位長(cháng)的整數(SSE2) 。
2003年英特爾發(fā)布了Pentium M(mobile)處理器。以往雖然有移動(dòng)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計，再增加一些節能，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(zhuān)門(mén)為移動(dòng)運算設計的CPU，例如全美達的處理器。
英特爾Pentium M處理器結合了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(dòng)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系統總線(xiàn)、微處理作業(yè)的融合(Micro-OpsFusion)和專(zhuān)門(mén)的堆棧管理器(Dedicated Stack Manager)，這些工具可以快速執行指令集并節省電力。
2005年Intel推出的雙核心處理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同時(shí)推出945/955/965/975芯片組來(lái)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(méi)有針腳的LGA 775接口，但處理器底部的貼片電容數目有所增加，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，除了擺脫阿拉伯數字改用英文字母來(lái)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的雙核心構架更像是一個(gè)雙CPU平臺，Pentium D處理器繼續沿用Prescott架構及90nm生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)。Pentium D內核實(shí)際上由于兩個(gè)獨立的Prescott核心組成，每個(gè)核心擁有獨立的1MB L2緩存及執行單元，兩個(gè)核心加起來(lái)一共擁有2MB，但由于處理器中的兩個(gè)核心都擁有獨立的緩存，因此必須保證每個(gè)二級緩存當中的信息完全一致，否則就會(huì )出現運算錯誤。
為了解決這一問(wèn)題，Intel將兩個(gè)核心之間的協(xié)調工作交給了外部的MCH（北橋）芯片，雖然緩存之間的數據傳輸與存儲并不巨大，但由于需要通過(guò)外部的MCH芯片進(jìn)行協(xié)調處理，毫無(wú)疑問(wèn)的會(huì )對整個(gè)的處理速度帶來(lái)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(gè)物理處理器及多個(gè)邏輯處理器之間正確分配數據流、平衡運算任務(wù)并非易事。比如，如果應用程序需要兩個(gè)運算線(xiàn)程，很明顯每個(gè)線(xiàn)程對應一個(gè)物理內核，但如果有3個(gè)運算線(xiàn)程呢？因此為了減少雙核心Pentium D架構復雜性，英特爾決定在針對主流市場(chǎng)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示著(zhù)這兩款處理器在規格上也不盡相同。其中它們之間最大的不同就是對于超線(xiàn)程（Hyper-Threading）技術(shù)的支持。Pentium D不支持超線(xiàn)程技術(shù)，而Pentium Extreme Edition則沒(méi)有這方面的限制。在打開(kāi)超線(xiàn)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(gè)邏輯處理器，可以被系統認成四核心系統。
Pentium EE系列都采用三位數字的方式來(lái)標注，形式是Pentium EE8xx或9xx，例如Pentium EE840等等，數字越大就表示規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系列的唯一區別僅僅只是增加了對超線(xiàn)程技術(shù)的支持，除此之外其它的技術(shù)特性和參數都完全相同。
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系列的區別只是增加了對超線(xiàn)程技術(shù)的支持以及將前端總線(xiàn)提高到1066MHzFSB，除此之外其它的技術(shù)特性和參數都完全相同。
第6階段
第6階段（2005年至今）是酷睿（core）系列微處理器時(shí)代，通常稱(chēng)為第6代。“酷睿”是一款領(lǐng)先節能的新型微架構，設計的出發(fā)點(diǎn)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(chēng)為Core 2 Duo，是英特爾在2006年推出的新一代基于Core微架構的產(chǎn)品體系統稱(chēng)。于2006年7月27日發(fā)布。酷睿2是一個(gè)跨平臺的構架體系，包括服務(wù)器版、桌面版、移動(dòng)版三大領(lǐng)域。其中，服務(wù)器版的開(kāi)發(fā)代號為Woodcrest，桌面版的開(kāi)發(fā)代號為Conroe，移動(dòng)版的開(kāi)發(fā)代號為Merom。
酷睿2處理器的Core微架構是Intel的以色列設計團隊在Yonah微架構基礎之上改進(jìn)而來(lái)的新一代英特爾架構。最顯著(zhù)的變化在于在各個(gè)關(guān)鍵部分進(jìn)行強化。為了提高兩個(gè)核心的內部數據交換效率采取共享式二級緩存設計，2個(gè)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計，內建8-12MB三級緩存。LGA1366平臺再次引入了Intel超線(xiàn)程技術(shù)，同時(shí)QPI總線(xiàn)技術(shù)取代了由Pentium 4時(shí)代沿用至今的前端總線(xiàn)設計。最重要的是LGA1366平臺是支持三通道內存設計的平臺，在實(shí)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(gè)主要區別。
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(zhù)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。對于準備組建高端平臺的用戶(hù)而言，LGA1366依然占據著(zhù)高端市場(chǎng)，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架構的四核處理器，采用整合內存控制器，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）的主要區別在于總線(xiàn)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內存。結構上它用的是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(mén)到高端的不同用戶(hù)，32nm工藝制程帶來(lái)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)品命名上的定位區分。但是整體來(lái)看中高端LGA1156處理器比低端入門(mén)更值得選購，面對AMD的低價(jià)策略，Intel酷睿i3系列處理器完全無(wú)法在性?xún)r(jià)比上與之匹敵。而LGA1156中高端產(chǎn)品在性能上表現更加搶眼。
Core i3可看作是Core i5的進(jìn)一步精簡(jiǎn)版（或閹割版），將有32nm工藝版本（研發(fā)代號為Clarkdale，基于Westmere架構）這種版本。Core i3最大的特點(diǎn)是整合GPU（圖形處理器），也就是說(shuō)Core i3將由CPU+GPU兩個(gè)核心封裝而成。由于整合的GPU性能有限，用戶(hù)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(huì )是45nm。i3 i5 區別最大之處是 i3沒(méi)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，相比第一代產(chǎn)品主要帶來(lái)五點(diǎn)重要革新：1、采用全新32nm的Sandy Bridge微架構，更低功耗、更強性能。2、內置高性能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，帶來(lái)更高帶寬與更低延遲。5、全新的AVX、AES指令集，加強浮點(diǎn)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，這一構架的最大意義莫過(guò)于重新定義了“整合平臺”的概念，與處理器“無(wú)縫融合”的“核芯顯卡”終結了“集成顯卡”的時(shí)代。這一創(chuàng )舉得益于全新的32nm制造工藝。由于Sandy Bridge 構架下的處理器采用了比之前的45nm工藝更加先進(jìn)的32nm制造工藝，理論上實(shí)現了CPU功耗的進(jìn)一步降低，及其電路尺寸和性能的顯著(zhù)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(shí)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接口設計，并且無(wú)法與LGA1156接口兼容。Sandy Bridge是將取代Nehalem的一種新的微架構，不過(guò)仍將采用32nm工藝制程。比較吸引人的一點(diǎn)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(gè)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(huì )將執行單元的數量翻一番，達到最多24個(gè)，自然會(huì )帶來(lái)性能上的進(jìn)一步躍進(jìn)。Ivy Bridge會(huì )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(gè)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(huì )減少一半。采用22nm工藝制程的Ivy Bridge架構產(chǎn)品將延續LGA1155平臺的壽命，因此對于打算購買(mǎi)LGA1155平臺的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，起碼一年之內不用擔心接口升級的問(wèn)題了。
安全問(wèn)題
CPU 蓬勃發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了許多的安全問(wèn)題。1994 年出現在Pentium處理器上的 FDIV bug（奔騰浮點(diǎn)除錯誤）會(huì )導致浮點(diǎn)數除法出現錯誤；1997年P(guān)entium處理器上的F00F異常指令可導致CPU死機；2011年Intel處理器可信執行技術(shù)(TXT，trusted execution technology)存在緩沖區溢出問(wèn)題，可被攻擊者用于權限提升；2017年 Intel管理引擎(ME，management engine)組件中的漏洞可導致遠程非授權的任意代碼執行；2018年，Meltdown 和Spectre兩個(gè)CPU漏洞幾乎影響到過(guò)去20年制造的每一種計算設備，使得存儲在數十億設備上的隱私信息存在被泄露的風(fēng)險。這些安全問(wèn)題嚴重危害國家網(wǎng)絡(luò )安全、關(guān)鍵基礎設施安全及重要行業(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構大致是類(lèi)似的，相比于CPU而言，GPU的工作更為單一。在大多數的個(gè)人計算機中，GPU僅僅是用來(lái)繪制圖像的。如果CPU想畫(huà)一個(gè)二維圖形，只需要發(fā)個(gè)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(huà)出相應的圖形。由于GPU會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，所以通常顯卡上都會(huì )有獨立的散熱裝置。
設計結構
CPU有強大的算術(shù)運算單 元，可以在很少的時(shí)鐘周期內完成算術(shù)計算。同時(shí)，有很大的緩存可以保存很多數據在里面。此外，還有復雜的邏輯控制單元，當程序有多個(gè)分支的時(shí)候，通過(guò)提供分支預測的能力來(lái)降低延時(shí)。GPU是基于大的吞吐量設計，有很多的算術(shù)運算單元和很少的緩存。同時(shí)GPU支持大量的線(xiàn)程同時(shí)運行，如果他們需要訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)數據，緩存會(huì )合并這些訪(fǎng)問(wèn)，自然會(huì )帶來(lái)延時(shí)的問(wèn)題。盡管有延時(shí)，但是因為其算術(shù)運算單元的數量龐大，因此能夠達到一個(gè)非常大的吞吐量的效果。
使用場(chǎng)景
顯然，因為CPU有大量的緩存和復雜的邏輯控制單元，因此它非常擅長(cháng)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(shí)執行大量的計算工作，它所擅長(cháng)的是大規模的并發(fā)計算，計算量大但是沒(méi)有什么技術(shù)含量，而且要重復很多次。這樣一說(shuō)，我們利用GPU來(lái)提高程序運算速度的方法就顯而易見(jiàn)了。使用CPU來(lái)做復雜的邏輯控制，用GPU來(lái)做簡(jiǎn)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(lái)發(fā)展
通用中央處理器(CPU)芯片是信息產(chǎn)業(yè)的基礎部件，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(kāi)始支持自主研發(fā) CPU。“十一五”期間，“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產(chǎn)品”(“核高基”)重大專(zhuān)項將“863計 劃”中的CPU成果引入產(chǎn)業(yè)。從“十二五”開(kāi)始，我國在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行自主研發(fā)CPU的應用和試點(diǎn)，在一定范圍內形成了自主技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系，可滿(mǎn)足武器裝備、信息化等領(lǐng)域的應用需求。但國外CPU 壟斷已久，我國自主研發(fā)CPU產(chǎn)品和市場(chǎng)的成熟還需要一定時(shí)間
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“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)有限公司設計研制的，采用MIPS體系結構，具有自主知識產(chǎn)權，產(chǎn)品現包括龍芯1號小CPU、龍芯2號中CPU和龍芯3號大CPU三個(gè)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(zhuān)為嵌入式領(lǐng)域設計，主要應用于云終端、工業(yè)控制、數據采集、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?xún)r(jià)比等特點(diǎn)。其中龍芯lA32位處理器和龍芯1C64位處理器穩定工作在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(zhuān)用芯片。2015年，新一代北斗導航衛星搭載著(zhù)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據處理任務(wù)一。
龍芯2號系列是面向桌面和高端嵌入式應用的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(shí)現對外生產(chǎn)和銷(xiāo)售授權。龍芯2F平均性能比龍芯 2E高20%以上，可用于個(gè)人計算機、行業(yè)終端、工業(yè)控制、數據采集、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 )設備、消費類(lèi)電子等領(lǐng)域需求，同時(shí)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(dòng)智能領(lǐng)域的雙核處理芯片，主頻可達1 GHz，可滿(mǎn)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構設計，主頻可達到1.5 GHz以上；計劃2019年面向市場(chǎng)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，并實(shí)現 256位向量指令，同時(shí)優(yōu)化片內互連和訪(fǎng)存通路，集成64位DDR3/4內存控制器，集成片內安全機 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(zhuān)用橋片組產(chǎn)品，目標是替代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內存應用在一款高性能網(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(diǎn)。
Intel
根據Intel產(chǎn)品線(xiàn)規劃，截止2021年Intel十一代消費級酷睿有五類(lèi)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。
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根據AMD產(chǎn)品線(xiàn)規劃，截止2021年AMD銳龍5000系列處理器有ryzen9/ryzen7/ryzen5/ryzen3四個(gè)消費級產(chǎn)品線(xiàn)。此外還有面向服務(wù)器市場(chǎng)的第三代霄龍EPYC處理器和面向HEDT平臺的線(xiàn)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，產(chǎn)品主要有開(kāi)先ZX-A、ZX-c/ZX-C+、 ZX-D、開(kāi)先KX一 5000和KX一6000；開(kāi)勝ZX—C+、ZX—D、KH一20000 等。其中開(kāi)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，能夠全面滿(mǎn)足黨政桌面辦公應用，以及包括4K超高清視頻觀(guān)影等多種娛樂(lè )應用需求。開(kāi)勝KH-20000系列處理器是兆芯面向服務(wù)器等設備推出的CPU產(chǎn)品。開(kāi)先KX-6000系列處理器主頻高達3.0 GHz，兼容全系列Windows操作系統及中科方德、中標麒麟、普華等國產(chǎn)自主可控操作系統，性能與Intel第七代的酷睿i5相當。
上海申威
申威處理器簡(jiǎn)稱(chēng)“Sw處理器”，出自于DEC的Alpha 21164，采用Alpha架構，具有完全自主知識產(chǎn)權，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，實(shí)現了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。而基于Sw-26010構建的“神威·太湖之光”超級計算機自2016 年6月發(fā)布以來(lái)，已連續四次占據世界超級計算機TOP 500榜單第一，“神威·太湖之光”上的兩項千萬(wàn) 核心整機應用包攬了2016、2017年度世界高性能計算應用領(lǐng)域最高獎“戈登·貝爾”獎。
參考資料
[1]
CPU基本結構,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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