處理器架構(gòu)

CPU架構(gòu)是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個規(guī)范,，主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標(biāo)示,。目前市面上的CPU分類主要分有兩大陣營，一個是intel,、AMD為首的復(fù)雜指令集CPU,，另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU,。兩個不同品牌的CPU,，其產(chǎn)品的架構(gòu)也不相同，例如,，Intel,、AMD的CPU是X86架構(gòu)的，而IBM公司的CPU是PowerPC架構(gòu),，ARM公司是ARM架構(gòu),。

中文名

處理器架構(gòu)

外文名

Processor architecture

拼音

chu li qi jia gou

類型

CPU產(chǎn)品定的一個規(guī)范

主要目的

區(qū)分不同CPU的重要指標(biāo)

陣營數(shù)目

2

基本概念

總體架構(gòu)

Core架構(gòu)的Merom處理器確實性能強勁。在多項測試中,，頻率2GHz的T7200能戰(zhàn)勝頻率2.33GHz的T2700就是最好的證明,。但是您同時也注意到了，在移動平臺Merom雖然性能強勁,，但并沒有給您帶來太大的驚喜,。雖然勝過Yonah，但幅度都不大,，而且在一些測試項中,，頻率稍低的T7200也是輸給了T2700的。因此可能在移動平臺Core微架構(gòu)的優(yōu)勢不像桌面平臺那樣出彩——一顆頻率最低的E6300也可以全殲高頻率的Pentium D,。究其原因就是Yonah本身就比較優(yōu)秀,，而不像NetBurst那樣失敗，況且Core微架構(gòu)本身就是在Yonah微架構(gòu)改進(jìn)而來,，成績不會形成太大的反差也在情理之中,。

Core微架構(gòu)是Intel的以色列設(shè)計團隊在Yonah微架構(gòu)基礎(chǔ)之上改進(jìn)而來的新一代微架構(gòu)。最顯著的變化在于在各個關(guān)鍵部分進(jìn)行強化,。為了提高兩個核心的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換效率采取共享式二級緩存設(shè)計,，2個核心共享高達(dá)4MB的二級緩存。其內(nèi)核采用較短的14級有效流水線設(shè)計,，每個核心都內(nèi)建32KB一級指令緩存與32KB一級數(shù)據(jù)緩存,，2個核心的一級數(shù)據(jù)緩存之間可以直接傳輸數(shù)據(jù),。每個核心內(nèi)建4組指令解碼單元，支持微指令融合與宏指令融合技術(shù),，每個時鐘周期最多可以解碼5條X86指令,，并擁有改進(jìn)的分支預(yù)測功能。每個核心內(nèi)建5個執(zhí)行單元子系統(tǒng),，執(zhí)行效率頗高,。加入對EM64T與SSE4指令集的支持。由于對EM64T的支持使得其可以擁有更大的內(nèi)存尋址空間,，彌補了Yonah的不足,，在新一代內(nèi)存消耗大戶——Vista操作系統(tǒng)普及之后，這個優(yōu)點可以使得Core微架構(gòu)擁有更長的生命周期,。而且使用了Intel最新的五大提升效能和降低功耗的新技術(shù),，包括：具有更好的電源管理功能；支持硬件虛擬化技術(shù)和硬件防病毒功能,；內(nèi)建數(shù)字溫度傳感器,；提供功率報告和溫度報告等。尤其是這些節(jié)能技術(shù)的采用對于移動平臺意義尤為重大,。

另外 酷睿支持64位

基于Core架構(gòu)處理器面對不同消費群族,，Core處理器出現(xiàn)了小小的分工，專門面對臺式機使用的Conroe,，筆記本使用Merom,，服務(wù)器使用WoodCrest，這三款處理器全部基于Core核心架構(gòu),。

英特爾處理器包括Core系列桌面型,、移動型，以及Xeon處理器,，甚至嵌入式處理器,，全都將相繼進(jìn)入32納米制程，逐漸代替了現(xiàn)今的45納米制程,。 隨著CES腳步接近,，英特爾已透露將在CES上發(fā)表多款Core i3、i5桌上型與筆記型處理器,，包括筆電的Arrandale與桌電Clarkdale相繼采用32納米制程,，強調(diào)更小的體積與功耗設(shè)計。2009年12月23日英特爾揭露,，2010年第一季將推出的嵌入式Xeon處理器也將采用新制程,。 09底開始投產(chǎn)的32納米制程，相較于2008年底的45納米制程,，采用了第二代high-k金屬閘極晶體管與浸潤式微影技術(shù)（ immersion lithography）,，強化對處理器內(nèi)部用電控管,，也比45納米制程尺寸小30%,，簡化系統(tǒng)設(shè)計,。根據(jù)英特爾的藍(lán)圖，2010第一季將針對嵌入式市場推出32納米制程,，代號為Jasper Forest的嵌入式Xeon處理器,，比采用舊制程處理器高出30%到70%的每瓦效能，支持PCI 2.0及I/O虛擬化能力,。而企業(yè)用的服務(wù)器Xeon處理器,，隨著2010年桌上型處理器Clarkdale的推出，與高階桌上型市場關(guān)系密切的入門級Xeon 3000處理器也會在2009年進(jìn)入32納米新制程,。

至于2009年采用Nehalem-EP架構(gòu)的Xeon 5000,，雖然一樣采用Nehalem架構(gòu)，但將在2010年上半年開始采用32納米新制程,，推出Westmere-EP處理器,。而原來提供6核心的Xeon 7000處理器也會在2010上半年推出最多8核心的Nehalem-EX，在2010下半年同樣進(jìn)入新制程的Westmere-EX,。

除了嵌入式系統(tǒng),、服務(wù)器、筆電與桌上型相繼進(jìn)入新制程后,，目前就只剩下低功耗設(shè)計的Atom處理器尚未進(jìn)入,，仍采用45納米制程。

相較于英特爾在2010年進(jìn)入新制程,，AMD則是要到2011年開始進(jìn)入32納米制程,，屆時將采用新的Bulldozer核心架構(gòu)設(shè)計，包括效能級12至16核心的Interlagos,，以及強調(diào)能源效益6至8核心的Valencia,。

8核心的CPU 現(xiàn)在不可能對應(yīng)現(xiàn)在的主板所以不可能大張旗鼓的宣傳， 最便宜的8核CPU應(yīng)該是SONY PS3的CELL,， 擁有8個核心浮點性能是酷睿雙核的N多倍,，而現(xiàn)在4核心都沒有普及， AMD INTEL是不會著急大量生產(chǎn)他們的8核CPU的,，可以說現(xiàn)在的INTEL 4核心只是把2個酷睿內(nèi)核封裝在一個核心里面,， 2個核心之間并沒用直接通信， AMD倒是出了真4核,，只是現(xiàn)在賣的不好還不能成為主流,。總結(jié)一下5年之后4核心基本可以替換現(xiàn)在的雙核成為主流,，而8核心甚至16核心CPU將會成為那時候的高端產(chǎn)品,！

發(fā)展簡述

1,、X86

雖然上面說了按處理器架構(gòu)分的話，目前就術(shù)語本身來說主要有四種說法,，即IA－32,、IA－64、x86－32,、x86－64,，但是其實它們分屬于兩類，IA－32,、x86－32都屬于x86,，即英特爾的32位x86架構(gòu)，x86－64是AMD在其最新的Athlon 64處理器系列中采用的新架構(gòu),，但這一處理器基礎(chǔ)架構(gòu)還是IA－32（因英特爾的x86架構(gòu)并未申請專利保護,，所以絕大多數(shù)處理器廠商為了保持與Intel的主流處理器兼容，都不得不采用這一x86架構(gòu)）,，只是在此架構(gòu)基礎(chǔ)之上作了一些擴展,，以支持64位程序的應(yīng)用，進(jìn)一步提高處理器的運算性能,。x86－64相比Intel的64位服務(wù)器處理器產(chǎn)品Itanium和 Itanium 2系列處理器產(chǎn)品來說最大的優(yōu)點就是可以全面兼容以前的32位x86架構(gòu)的應(yīng)用程序,，以保護用戶以前的投資；而Intel的Itanium和Itanium 2系列處理器需要另外通過軟件或硬件來實現(xiàn)對以前32位程序的兼容,。

正因如此,，以后我們看到諸如IA－32、x86－32,、x86－64要清楚,，其實它們都是一類型的，都屬于x86架構(gòu)的,。如Intel的32位服務(wù)器Xeon（至強）處理器系列,、AMD的全系列，還有VIA的全系列處理器產(chǎn)品都屬于x86架構(gòu)的,。

2,、IA64

IA－64架構(gòu)是英特爾為了全面提高以前IA－32位處理器的運算性能，是Intel和Hp共同開發(fā)了6年的64位CPU架構(gòu),，是專為服務(wù)器市場開發(fā)的一種全新的處理器架構(gòu),，它放棄了以前的x86架構(gòu)，認(rèn)為它嚴(yán)重阻礙了處理器的性能提高,。它的最初應(yīng)用是英特爾的Itanium（安騰）系列服務(wù)器處理器,，2009年最新的Itanium 2系列處理器也是采用這一架構(gòu)的。由于它不能很好地解決與以前32位應(yīng)用程序的兼容,，所以應(yīng)用受到較大的限制,，盡管目前Intel采取了各種軟,、硬方法來彌補這一不足，但隨著AMD Operon處理器的全面投入,，Intel的IA－64架構(gòu)的這兩款處理器前景不容樂觀,。

3、RISC

除了以上所介紹的兩類IA架構(gòu)的服務(wù)器處理器外,，還有一種主流的處理器架構(gòu),，也可稱之為“RISC”（其實它是一種按處理器指令執(zhí)行方式劃分的類型）,。采用這一架構(gòu)的仍是IBM,、SUN和HP等。不過近幾年由于這一處理器架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)沒有完全統(tǒng)一,、處理器的發(fā)展和應(yīng)用非常緩慢,，使得原來本占有的絕大多數(shù)中高檔服務(wù)器市場被IA架構(gòu)瓜分了大部分江山，已是日趨衰落,。目前連這幾家服務(wù)器廠商也開始了自己放棄,，轉(zhuǎn)投IA旗下，推出越來越多的IA架構(gòu)服務(wù)器,，以保生存,。

目前采用這一架構(gòu)的主要服務(wù)器處理器有IBM的Power4、Compaq Alpha213 64,、HP PA－8X00,、Sun的UltraSPARC III、SGI的MIPS 64 20Kc等,。

4,、Intel

簡介

Intel 常見服務(wù)器CPU分類。處理器技術(shù)發(fā)展真是日新月異,，上一代產(chǎn)品還沒被大家分清,，馬上就要被下一代產(chǎn)品替代了。在這里根據(jù)個人的一些了解,，幫大家做個劃分,。

一，Xeon（至強）

目前全部Intel IA架構(gòu)的雙路,，四路服務(wù)器,，全部在采用Xeon(至強)CPU，它是基于X86架構(gòu)的一種服務(wù)器專用的CPU ,。早期的處理器名稱是以數(shù)字來表示,，并以“86”作為結(jié)尾，包括Intel 8086,、80186,、80286,、80386、80486,、80586,、奔騰系列等等，因此其架構(gòu)被稱為“x86”,，至今全部Xeon,，包括雙核、四核的,，全部是基于X86架構(gòu)的產(chǎn)品,。

二，Itanium（安騰）

安騰處理器也常被稱為IA-64位處理器,，是Intel公司面向最頂級的高端應(yīng)用開發(fā)一款純64位處理器產(chǎn)品,，具有64位尋址能力和64位寬的寄存器，它所具備的一系列特性,，如EPIC指令等,，都是為要求最苛刻的計算及企業(yè)級需求而設(shè)計的。對于最苛求性能的企業(yè)或者需要高性能運算功能支持的應(yīng)用(包括電子交易安全處理,、超大型數(shù)據(jù)庫,、電腦輔助機械引擎、尖端科學(xué)運算等)而言,，Itanium處理器很好的滿足了用戶的要求,。

Intel 服務(wù)器處理器列表

系列

Xeon3000

Xeon3200

Xeon3300

Xeon5000

Xeon5100

Xeon5300

Xeon5200

Xeon5400

Xeon7100

Xeon7300

Itanium9000

Itanium9100

CPU代號

?

?

?

Dempsey

Woodcrest

Clovertown

Wolfdale-DP

Harpertown

Tulsa

Tigerton

Montecito

Montvale

制造工藝

65nm

65nm

45nm

65nm

65nm

65nm

45nm

45nm

65nm

65nm

90nm

90nm

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三，處理器點評

1,，首先看單路處理器,，包括Xeon3000、3200,、3300系列,，其中3000和3200系列的單路處理器全部都采用了酷睿微架構(gòu)，性能,、功耗都非常理想,，可以根據(jù)應(yīng)用情況來選擇主頻，雙核或四核,。另外的3300系列采用了最新的45nm制造工藝,，采用增強型酷睿微架構(gòu)，性能更強,，功耗更低,。

2，雙路處理器，Xeon5000系列功耗高,，性能差,，現(xiàn)在已經(jīng)基本絕跡;5100，5300系列開始使用酷睿微架構(gòu),，性能,，功耗都非常好，可以說是Intel超級成功的一款處理器產(chǎn)品,，性能相對于上代處理器有數(shù)倍提升,，并且功耗有所降低，長時間讓競爭對手根本就沒有能與之抗衡的產(chǎn)品,。而新推出的5200,，5400系列更在已經(jīng)基礎(chǔ)上，采用了45nm制造工藝,，采用增強型酷睿微架構(gòu),，性能較5100,、5300系列平均提高20%,，功耗降低近38%，更為要命的是,，價格還很低,，簡直是現(xiàn)階段服務(wù)器CPU不二的選擇。

3,，多路至強處理器,，在Intel官方的列表上，Xeon7100,7300處理器被標(biāo)注可以單系統(tǒng)內(nèi)支持到32處理器,，但在國內(nèi)市場上,，能經(jīng)常見到的只有4路的至強服務(wù)器。而Xeon7100處理器,，因為當(dāng)時還沒有采用先進(jìn)的酷睿微架構(gòu),，所以4顆7100系列的CPU加起來還沒有2顆5300系列的雙路處理器跑的快，而且價格還很高,，所以十分不推薦使用,，況且Xeon7100也很快就要在市場上消失了。新的Xeon7300系列是一款非常優(yōu)秀的多路至強CPU,，采用了酷睿微架構(gòu),，每CPU4核心，如果把4顆CPU組合在一起,，搭配上大容量的內(nèi)存,，性能將會非常強勁，足以滿足高性能,，大數(shù)據(jù)量的計算需求,。

4,，安騰處理器，其實安騰處理器的主要競爭對手是IBM,、SUN等品牌的高端的小型機CPU,，如果您一直在使用高端小型機，比如安裝IBM Power CPU的,，那么我覺得您很有必要去了解一下安騰,，去了解一下這款新一代開放性的高端CPU產(chǎn)品，也許您會發(fā)現(xiàn),，原來高穩(wěn)定,，高性能，不一定非得是高成本,。除此外,，在一些科學(xué)運算中，安騰也會給您帶來意想不到的效果,。

5,、CORE

2006年3月上旬，Intel 于美國舊金山舉辦了2006年度的春季 IDF 大會（Intel Developer Forum）,。在這屆 IDF 大會上,，有一個萬眾矚目的焦點：Intel 宣布下一代處理器將采用的 Core 微架構(gòu)。這也使得2009年的 IDF 大會成為近幾年來最激動人心的一次,。在2008年秋季的 IDF 大會的開幕主題演講中,，Intel 的執(zhí)行長官 Paul Otellini 就曾經(jīng)指出，未來處理器的技術(shù)發(fā)展重點將是“性能功耗比”（Performance per Watt）,。而這屆 IDF 大會的主題更加明確：功耗最優(yōu)化平臺（Power-Optimized Platforms）——與 Core 微架構(gòu)緊密相關(guān),。根據(jù) Intel 的說法，采用新的 Core 微架構(gòu)的處理器將在整數(shù)性能和商業(yè)計算方面得到極大的飛躍,，肯定將超過競爭對手 AMD 的產(chǎn)品,。更加美妙的是，擁有這樣強悍性能的 Core 微架構(gòu)在功耗方面將比前任大幅下降,，從而完美的體現(xiàn)了這屆 IDF 大會的主題,。

Core 微架構(gòu)是由 Intel 位于以色列海法的研發(fā)團隊負(fù)責(zé)設(shè)計的。該以色列團隊早在2003年就因為設(shè)計出兼具高性能與低功耗的 Banias 處理器而聞名天下,，Core 微架構(gòu)也是他們在 Yonah 微架構(gòu)之后的最新杰作,。Core 微架構(gòu)很早就出現(xiàn)在 Intel 的計劃之中了，早在2003年夏天 Intel 就曾經(jīng)隱約提到過,，原定是 Centrino 平臺的第三代 Napa 平臺后期和第四代 Santa Rosa 平臺所采用的處理器,。沒想到由于 NetBurst 微架構(gòu)的失敗，Core 微架構(gòu)被 Intel 改弦易轍，推上前臺,，被賦予了取代 NetBurst 微架構(gòu),、一統(tǒng)桌面、移動與服務(wù)器平臺的歷史使命,。

作為 Intel 的新旗艦,，Core 微架構(gòu)擁有雙核心、64bit指令集,、4發(fā)射的超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)和亂序執(zhí)行機制等技術(shù),，使用65nm制造工藝生產(chǎn)，支持36bit的物理尋址和48bit的虛擬內(nèi)存尋址,，支持 Intel 所有的擴展指令集,。Core 微架構(gòu)的每個內(nèi)核擁有 32KB 的一級指令緩存、32KB 的雙端口一級數(shù)據(jù)緩存,，然后2個內(nèi)核共同擁有 4MB 的共享式二級緩存,。Core 微架構(gòu)在2009年內(nèi)發(fā)布的最高頻率將是 Conroe XE 的3.33GHz。每種產(chǎn)品擁有自己的最高 TDP：Merom 最高35W,，Conroe 最高65W,，Woodcrest 最高80W。此外,，針對不同客戶的要求也可以提供低功耗的版本,。例如，低電壓版本的 Woodcrest 將會定位于刀片系統(tǒng),，通過降低頻率等方法使 TDP 低達(dá)40W。

Intel 聲稱 Core 微架構(gòu)擁有14級“有效”流水線,。與 Banias 同出于一個設(shè)計團隊,，Core 微架構(gòu)僅有14級的整數(shù)流水線，并不讓人意外,。但是,，究竟什么是14級“有效”流水線？

在過去的幾年里,，有關(guān)流水線級數(shù)的幾個概念經(jīng)常被混淆,。我們首先澄清一下，流水線的“條數(shù)”與“級數(shù)”是完全不同的概念,。能夠完整執(zhí)行各種指令的一系列功能單元組成“一條”流水線,。而關(guān)于流水線級數(shù)，可以這樣簡單理解：在傳統(tǒng)意義上,，一條流水線所包含的功能單元一般可以被劃分為多個部分,，它可以被劃分成幾個部分，就稱這條流水線是“幾級”的。然后讓我們來了解一下“有效流水線”的定義,，這也是在過去容易造成誤解之處,。簡而言之，所謂的有效流水線,，就是指發(fā)生分支預(yù)測錯誤時,，所需要重新執(zhí)行的流水線級數(shù)。以采用 NetBurst 微架構(gòu)的處理器來說,，Willamette,、Northwood與Prescott核心的有效流水線級數(shù)分別是20、20和31,，而原始的P6 微架構(gòu)的處理器則是10級,。

不過，對于現(xiàn)代的普遍采用亂序執(zhí)行方式的X86處理器來說,，有效流水線級數(shù)并不能代表真正意義上的流水線級數(shù),。NetBurst 微架構(gòu)的處理器僅僅是 Trace Cache 的 Trace 建立過程，就有起碼10級,；P6 微架構(gòu)的完整流水線級數(shù)應(yīng)該是12至15（10級有效流水線加上指令執(zhí)行完畢后的 Retire 動作,，與可能出現(xiàn)的 Reorder Buffer延遲）。隨著亂序執(zhí)行引擎的工作方式越來越復(fù)雜,，X86處理器流水線級數(shù)的概念也日益模糊,。換言之，Core 微架構(gòu)真正意義上的流水線級數(shù)并不會只有14,。

Core 微架構(gòu)的14級有效流水線與 Prescott 核心的31級有效流水線的對比,，也只有參考意義。那些僅僅根據(jù)這個數(shù)字的對比就斷言 Core 微架構(gòu)只能達(dá)到很低的頻率的說法是不具有足夠的說服力的,。Conroe XE 3.33GHz 處理器的存在已經(jīng)讓很多相信這個說法的用戶大吃一驚,。而實際上，已經(jīng)有玩家聲稱,，Conroe 處理器可以在風(fēng)冷的情況下達(dá)到4GHz以上的頻率,。Core 微架構(gòu)的頻率到底能夠到達(dá)什么樣的高度，讓我們拭目以待,。

core與conroe的區(qū)別

我們把Core音譯為酷睿,，它是Intel下一代處理器產(chǎn)品將統(tǒng)一采用的微架構(gòu)，而Conroe只是對基于Core微架構(gòu)的Intel下一代桌面平臺級產(chǎn)品的代號,。除Conroe處理器之外,，Core微架構(gòu)還包括代號為Merom的移動平臺處理器和代號為Woodcrest的服務(wù)器平臺處理器。采用Core的處理器將被統(tǒng)一命名,。由于上一代采用Yonah微架構(gòu)的處理器產(chǎn)品被命名為Core Duo,，因此為了便于與前代Intel雙核處理器區(qū)分,，Intel下一代桌面處理器Conroe以及下一代筆記本處理器Merom都將被統(tǒng)一叫做Core 2 Duo。另外,，Intel的頂級桌面處理器被命名為Core 2 Extreme,，以區(qū)別于主流處理器產(chǎn)品。

此次發(fā)布的Conroe/Merom共計10款,，其中代號以E和X開頭的5款面向臺式機,，以T開頭的4款面向筆記本。

英特爾初期發(fā)布Core微架構(gòu)處理器包含E6000桌面系列和T7000,、T5000移動系列,，E6000系列處理器外頻為266MHz，前端總線頻率為1066MHz,，擁有2MB（E6300,、E6320、E6400）或4MB(E6600,、E6550,、E6700) 二級緩存，面向高性能市場,；稍后推出的E4000系列外頻相對低一些,，為200MHz，前端總線800MHz,，定位低于E6000系列,，發(fā)布時間將延后至2007年第一季度。除普通版Conroe之外,，Intel還將發(fā)布Conroe XE處理器取代現(xiàn)有的旗艦產(chǎn)品Pentium XE——即X6800,。

雖然桌面平臺的Conroe的前端總線為1066MHz,但這次的主角移動版處理器Merom前端總線均為667MHz（Merom處理器原本是屬于下一代移動平臺Santa Rosa上的處理器產(chǎn)品，現(xiàn)在不得不在Santa Rosa平臺推出之前先把Merom處理器推向市場,，并可以順利地植入目前的Napa平臺上面,。為了在Intel 945芯片組上面運行，其前端總線為了適合于Intel 945芯片組,，而仍然保留667MHz的前端總線設(shè)計。而今后出現(xiàn)的Santa Rosa平臺上的Merom處理器其前端總線就改為800MHz,。這種情景與當(dāng)年推出400MHz的Dothan為適應(yīng)Intel 855芯片組的做法十分相似）,。二級緩存則加大為4MB(低端的T5000系列仍為2MB)，意味著緩存中可以寄存更多等待處理數(shù)據(jù),，減少處理器與內(nèi)存以及外圍設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i,，提高指令的命中率，大大提高執(zhí)行效能,。

隨著Napa平臺上Yonah處理器被替換成Merom處理器,，這也意味著英特爾移動處理器開始進(jìn)入64位元雙核技術(shù)時代,，Yonah作為雙核移動處理器的首戰(zhàn)英雄將開始退居其后