芯片核心技术是什么

pinguo0911

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分枝预测(branch prediction)和推测执行(speculatlon execution)是CPU动态执行技术中的主要内容，动态执行是目前CPU主要采用的先进技术之一。采用分枝预测和动态执行的主要目的是为了提高CPU的运算速度。推测执行是依托于分枝预测基础上的，在分枝预测程序是否分枝后所进行的处理也就是推测执行。由于程序中的条件分枝是根据程序指令在流水线处理后结果再执行的，所以当CPU等待指令结果时，流水线的前级电路也处于空闲状态等待分枝指令，这样必然出现时钟周期的浪费。如果CPU能在前条指令结果出来之前就能预测到分枝是否转移、那么就可以提前执行相应的指令，这样就避免了流水线的空闲等待、相应也就提高了CPU的运算速度。但另一方面一旦前指令结果出来后证明分技预测错误，那么就必须将已经装人流水线执行的指令和结果全部清除，然后再装人正确指令重新处理，这样就比不进行分枝预测等待结果后再执行新指令还慢了（所以IDT公的WIN C6就没有采用分枝预测技术)。这就好象在外科手术中，一个熟练的护士可以根据手术进展情况来判断医生的需要(象分枝预测)提前将手术器械拿在手上(象推测执行)然后按医生要求递给他，这样可以避免等医生说出要什么，再由护士拿起递给他(医生)的等待时间。当然如果护士判断错误，也必须要放下预先拿的器械再重新拿医生需要的递过去。尽管如此，只要护士经验丰富，判断准确率高，那么当然就可以提高手术进行速度。因此我们可以看出，在以上推测执行时的分枝预测准确性至关重要!所以通过 InteI公司技术人员的努力，现在的Pentium和pentium II系列CPU的分枝预测正确率分别达到了80%和90%，这样虽然可能会有2O%和10%分枝预测错误但平均以后的结果仍然可以提高CPU的运算速度。

CPU核心技术揭密 Socket PC机从386时代开始普遍使用Socket插座来安装CPU，从Socket 4、Socket 5、Socket 7到现在的Socket 370。以我们最常见的Socket 7为例，它是方形多针角零插拔力插座，插座上有一根拉杆，在安装和更换CPU时只要将拉杆向上拉出，就可以轻易地插进或取出CPU芯片了。Socket 7插座适用范围很广，不但可以安装Intel Pentium、Pentium MMX，还可以安装AMDK5、K6、K6-2、K6-III、Cyrix MII等等处理器。与Socket 7搭配的主板芯片组主要有Intel VX、HX、TX，VIA VP2、VP3等，它们支持的CPU外部频率一般为66、75以及83MHz，其中VX、TX和VP3除了支持普通的SIMM（72线内存）外，还支持DIMM（168线内存），VIA的VP3芯片组更是支持AGP图形接口标准。随后出现的Super 7标准是在Socket 7基础上发展起来的，与后者相比，Super 7结构增加了对处理器100MHz外频、AGP的支持，其代表产品为VIA的MVP3芯片组，Super 7架构可以支持AMD K6-2、K6-III处理器。 Slot 我们先来看看Slot 1，这种接口方式是由Intel提出的，它是一个狭长的242引脚的插槽，可以支持采用SEC（单边接触）封装技术的Pentium II、Pentium III和Celeron处理器，除了接口方式不同外，Slot 1所支持的特性与Super 7系统没有什么太大的差别。Intel LX、EX和Intel BX、VIA Apollo Pro芯片组是其中的代表，前两种最高只能达到83MHz外频，而后两者可以支持最高到150MHz的外频。 Slot 2接口标准与Slot 1类似，不过它是面向高端服务器市场的，与其搭配的主板芯片组为Intel GX、NX，处理器为Xeon至强。与Slot 1、Slot 2不同，Slot A接口标准是由Intel的竞争对手AMD提出的，它支持AMD K7处理器，与其搭配的芯片组为AMD自己的AMD 751芯片，VIA作为非Intel阵营的战士之一，届时也会有支持K7的芯片组问世。虽然从外观上看Slot A与Slot 1十分相像，但是由于它们的电气性能不同，两者并不兼容。 CPU制造工艺早期的处理器都是使用5微米工艺制造出来的，随着CPU频率的增加，原有的工艺无法满足产品的要求，这样便出现了35微米以及现在普遍使用的25微米工艺，不久以后，18微米和13微米制造的处理器产品也将面世。另外一方面，现在的芯片内部都是使用铝作为导体，但是由于芯片速度的提高，芯片面积的缩小，铝线已经接近其性能极限，所以芯片制造厂商必须找出更好的能够代替铝导线的新的技术，这便是我们常说的铜导线技术。铜导线与铝导线相比，有很大的优势，具体表现在其导电性要优于铝，电阻小，所以发热量也要小于现在所使用的铝，从而可以有效地提高芯片的稳定性，此外，采用18或13微米制造工艺以后，处理器的频率可以得到进一步的提高，处理器面积则可以进一步减小，因此，铜导线技术全面取代铝导线技术是必然的趋势。缓存技术缓存就是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度极快，所以又被称之为高速缓存。与处理器相关的缓存一般分为两种，L1缓存，也称片内缓存，和L2缓存，Pentium时代的处理器把L1缓存集成在CPU内部，而L2缓存则在主板上以与CPU外频相同的频率下工作。到了Slot 1时代，Pentium II处理器的缓存封装方式与旧的Socket 7架构完全不同，它的L2缓存做到了处理器上，并以处理器速度一半的频率工作，这便是Intel引以为荣的双独立总线结构。在这种结构中，一条总线联接L2高速缓存，另一条负责系统内存，这样便使整个系统的速度得到了很大的提高。AMD K7也使用这种缓存技术。Inte Celeron处理器与Pentium II不同，它的L2缓存很小，只有128K（PII是512K），但是它们集成在CPU内存，与处理器同频工作，这就是为什么便宜的Celeron有时候比昂贵的PentiumII性能还要好的原因。 AMD在其Super 7平台的最后一个产品K6-III中首次使用了三级缓存技术，它包括一个全速64KB L1缓存，一个内部全速256KB缓存，还有主板上的运行在100MHz频率下的L3缓存，这种三级缓存技术使得K6-III的性能有很大提高，与同频的Pentium II相比，其速度也要略快一畴。看缓存技术的发展，L2缓存全内置并与处理器同频工作是大趋势，在Intel的最新处理器Coppermine中，256KB L2缓存就是这样工作的。指令集为了提高计算机在多媒体、3D图形方面的应用能力，许多处理器指令集应运而生，其中最著名的三种便是Intel的MMX、SSE和AMD的3D NOW!指令集。 MMX指令集是Intel与1996年发明的一项多媒体指令增强技术，其英文名称可以翻译为“多媒体扩展指令集”，它包括57条多媒体指令，这些指令可以一次处理多个数据，还可以在处理结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理，这样在软件的配合下，就可以得到更好的性能。 SSE指令是Intel在Pentium III处理器中首先推出的，它有70条指令，其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD浮点运算指令、12条MMX整数运算增强指令、8条优化内存中连续数据块传输指令。理论上这些指令对目前流行的图像处理、浮点运算、3D运算、视频处理、音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用。SEE指令与3D Now!指令彼此互不兼容，但SSE包含了3D Now!技术的绝大部分功能，只是实现的方法不同。SSE兼容MMX指令，它可以通过SIMD（单指令多数据技术）和单时钟周期并行处理多个浮点数据来有效的提高浮点运算速度。由AMD发明的3D Now!指令出现在SSE指令之前，并被广泛应用与K6-2、K6-III以及K7处理器上，该技术其实是21条机器码的扩展指令集。与MMX技术侧重的整数运算不同，3D Now!主要针对三维建模、坐标变换、效果渲染等三维应用场合，在软件的配合下，可以大幅度提高3D处理性能。