CPU发展趋势

CPU是CentralProcessingUnit（中央微处理器）的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器，控制器和存贮器组成。如果把计算机比作人，那么CPU就是人的大脑。1.算术逻辑单元（ALU）ALU是运算器的核心。它是以全加器为基础，辅之以移位寄存器及相应控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下可完成加、减、乘、除四则运算和各种逻辑运算。就像刚才提到的，这里就相当于工厂中的生产线，负责运算数据。2.寄存器组RS(RegisterSet或Registers)RS实质上是CPU中暂时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据，CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。采用寄存器，可以减少CPU访问内存的次数，从而提高了CPU的工作速度。但因为受到芯片面积和集成度所限，寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，分别寄存相应的数据。而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途。通用寄存器的数目因微处理器而异。3.控制单元(ControlUnit)正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(InstructionRegister)、指令译码器ID(InstructionDecoder)和操作控制器0C(OperationController)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。4.总线(Bus)就像工厂中各部位之间的联系渠道，总线实际上是一组导线，是各种公共信号线的集合，用于作为电脑中所有各组成部分传输信息共同使用的“公路”。直接和CPU相连的总线可称为局部总线。其中包括:数据总线DB(DataBus)、地址总线AB(AddressBus)、控制总线CB(ControlBus)。其中，数据总线用来传输数据信息；地址总线用于传送CPU发出的地址信息；控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(程序指令)，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)，生产出成品(处理后的数据)后，再存储在仓库(存储单元)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。在这个过程中，我们注意到从控制单元开始，CPU就开始了正式的工作，中间的过程是通过逻辑运算单元来进行运算处理，交到存储单元代表工作的结束。CPU的主频：即CPU内核工作的时钟频率。CPU的主频CPU实际的运算能力并没有直接关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等等）。但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。CPU制作工艺：通常我们所说的CPU的“制作工艺”指得是在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。通常其生产的精度以纳米来计量。在集成电路中通称为线宽，线宽是指芯片上的最基本功能单元——门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。制作工艺越先进，在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，CPU的集成度越高，CPU的功耗也越小。CPU核心电压：CPU的工作电压分为两个方面，CPU的核心电压与I/O电压。核心电压即驱动CPU核心芯片的电压，I/O电压则指驱动I/O电路的电压。通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。采用低电压的CPU的芯片总功耗降低了。功耗降低，系统的运行成本就相应降低，这对于便携式和移动系统来说非常重要，使其现有的电池可以工作更长时间，从而使电池的使用寿命大大延长；功耗降低，致使发热量减少，运行温度不过高的CPU可以与系统更好的配合降低电压是CPU主频提高的重要因素之一。CPU多媒体指令集：CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel的MMX（MultiMediaExtended）、SSE、SSE2（Streaming-Singleinstructionmultipledata-Extensions2）和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。RISC指令集（精简指令集）在最初发明计算机的数十年里，随着计算机功能日趋增大，性能日趋变强，内部元器件也越来越多，指令集日趋复杂，过于冗杂的指令严重的影响了计算机的工作效率。后来经过研究发现，在计算机中，80％程序只用到了20％的指令集，基于这一发现，RISC精简指令集被提了出来，这是计算机系统架构的一次深刻革命。RISC体系结构的基本思路是：抓住CISC指令系统指令种类太多、指令格式不规范、寻址方式太多的缺点，通过减少指令种类、规范指令格式和简化寻址方式，方便处理器内部的并行处理，提高VLSI器件的使用效率，从而大幅度地提高处理器的性能对于CPU来说，在基本功能方面，它们的差别并不太大，基本的指令集也都差不多，但是许多厂家为了提升某一方面性能，又开发了扩展指令集，扩展指令集定义了新的数据和指令，能够大大提高某方面数据处理能力，但必需要有软件支持。主要有intel的MMX指令集（MultiMediaeXtension，多媒体扩展指令集），SSE指令集（StreamingSIMDExtensions，单指令多数据流扩展）SSE2指令集(StreamingSIMDExtensions2，Intel官方称为SIMD流技术扩展2或数据流单指令多数据扩展指令集2)SSE3指令集(StreamingSIMDExtensions3，Intel官方称为SIMD流技术扩展3或数据流单指令多数据扩展指令集3)AMD公司的3DNow!指令集摩尔定律，是由Intel的创始人戈登摩尔（GordonMoore）通过长期的对比提出来的，其内容主要意思是说集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，而价格下降一半；。从芯片制造工艺来看，在1965年推出的线宽为10微米（μm）处理器后，经历了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.065微米，0.045微米以及目前的32nm工艺和intel将在明年推出的22nm工艺。IntelCPU的发展遵循了摩尔定理的预测。Intel会继续以摩尔定律为基准开发处理器产品，但是随着CPU线宽的逐渐减小，最终会导致发生量子效应。我们需要寻求新的技术，新的材料来解决微观世界产生的量子问题。CPU将会向多核心发展，提高其性能。CPU不在靠单一的提高主频来提高性能，而是通过集成更多的核心来提高其性能。未来可能会生产出6核8核甚至更多核心的CPU。高能低耗。CPU的性能会逐步提升，但是处理器厂商会利用各处技术降低CPU的功耗和处理器的电压。CPU集成度会继续提高，目前intel，AMD以及开始将显卡逐步集成在CPU内部。未来会将CPU和GPU整合在一起，生产出性能更进一步的产品；同时CPU将会可能整合内存到CPU片内。。2010年第一季度intel推出32nm版的双核心处理器「Clarkdale」和「Arrandale」。对应桌面平台为clarkdale，移动处理器为Arrandale。采用Westmere32纳米工艺制作而成。新的i3,i5,i7并第一次将内存控制器整合在当中。同时新的移动处理器还“革命”性的将图形处理核心（GPU）整合到了处理器中。其中GPU核心采用45nm工艺制做，而CPU核心采用32nm工艺。并且为CPU内置3-4M的L3cache。新的酷睿移动处理器采用英特尔的5系列芯片组PM55/HM55/HM57。新的Calpella平台其基本架构由新酷睿移动处理器和5系列芯片组构成。新的5系列芯片组由于新酷睿移动处理器集成了内存控制单元（IMC），所以在采用5系列芯片组的主板上，将不会看到北桥芯片的存在，取而代之的则是被称为平台控制单元（PlatformControllerHub，PCH）的单芯片设计。而时下主流的迅驰2代Montevina移动平台，其基本架构则是由Penryn核心处理器、4系列芯片组（包括MCH与ICH芯片）共同构成，与5系列芯片组相比，迅驰2平台在核心芯片的数量上要多出一个。根据Intel的“Tick”-“Tock”钟摆策略，intel今年将进行着“Tock”阶段，即更新CPU的微架构，全新微架构命名为SandyBridge。相比上代的Nehalem微架构（即Corei5/i7），SandyBridge有几大重要革新：1、内置高性能GPU（核芯显卡）将显卡与CPU无缝结合。2、第二代睿频加速技术。3、在CPU、GPU、L3缓存和其它IO之间引入全新RING（环形）总线。4、全新的AVX指令集。英特尔自06年开始，在偶数年推出新的微构架，在奇数年推出新的制程工艺，技术创新和新产品的开发是按照一种“摆钟式”的步调在推进着，钟摆“嘀嗒”一下，微构架和制程上升一个高度，英特尔将这种发展模式称为“Tick-Tock”。Tock表示处理器微构架的进步，Tick表示处理器制造工艺的更新换代，英特尔技术和产品的开发模式以两年为一个周期。SandyBridge仍会沿用Corei3/i5/i7三大品牌，并用“第二代”加以区别，继续主打“智能”的概念，命名为“第二代智能酷睿处理器”在命名方式上，第二代Corei3/i5/i7仍会沿用当前的命名方式，以第二代Corei72600为例子，“Core”是处理器品牌，“i7”是定位标识，“2600”中的“2”表示第二代，“600”是该处理器的型号。至于型号后面的字母，会有四种情况：不带字母、K、S、T。不带字母的是标准版，也是最常见的版本；“K”是不锁倍频版；“S”是节能版，默认频率比标准版稍低，但睿频幅度与标准版一样；“T”是超低功耗版，默认频率与睿频幅度更低，主打节能。与新一代处理器配合的为intel6系列芯片组。包括台式机的P67H67和笔记本的HM65和HM67系列芯片组代号为CougarPoint。