CPU技術基礎知識解析

1、CPU技術基礎知識解析技術創(chuàng)新，變革未來IT1CPU概念和分類2CPU發(fā)展趨勢和特性目錄content3X86 CPU選型18CPU(Central Processing Unit，中央處理器)是一塊超大規(guī)模的集成電路，通常被稱為計算機的大腦，是一臺計算機的運算核心（Core）和控制核心（ Control Unit），也是整個計算機系統(tǒng)中最重要的組成部件。中央處理器主要包括運算器（算術邏輯運算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速緩沖存儲器（Cache）及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)（Data）、控制及狀態(tài)的總線（Bus）。它與存儲器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設

2、備合稱為電子計算機三大核心部件。CPU概念寄存器運算器控制器輸入設備輸出設備數(shù)據(jù)信號 控制信號CPU功能解釋計算機指令處理計算機軟件 中的數(shù)據(jù)CPU組成控制單元運算單元存儲單元19CPU分類-按指令集MIPSX86ARMDSPPowerPCCISCRISCCISC(complex instruction set computer)，復雜指令集。早期的CPU全部是CISC架構，它的設計目的是要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務。這種架構會增加CPU結構的復雜性和對CPU工藝的要求，但對于編譯器的開發(fā)十分有利。RISC(Reduced Instruction Set Computer)，精簡

3、指令集。RISC架構要求軟件來指定各個操作步驟。這種架構可以降低CPU的復雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產出功能更強大的CPU，但對于編譯器的設計有更高的要求。201CPU概念和分類2CPU發(fā)展趨勢和特性目錄content3X86 CPU選型21X86處理器發(fā)展簡史第二代： 中 高檔8位微處 理器時代19731978年第三代：16位微處理器 時代1978-1980年第四代：32位微處理器 時代1983-1993年第五代： Pentium微處 理器的時代1993-1996年第六代： 加強型 Pentium時代1997年開始第七代：64位微處理器 時代2001年開始2005年開始第八代：多核微處

4、理器 時代X86處理器發(fā)展經(jīng)歷50年的歷史：字長從4位到64位；時鐘頻率逐步提升；晶體管集成規(guī)模逐漸增大；性能逐漸提高的過程。22第一代：4位和低檔8位 微處理器時代1971-1973年Intel X86 CPU路標Haswell22nm New Mico-architectureBroadwell14nmSkylake14nmNew Mico- architectureCascade Lake14nmCopperIce LakeLake14nm10nmNew Mico-architecture20142016Grantley PlatformMicroarchitecture Haswell

5、20172019Purley PlatformMicroarchitecture Skylake20202021Whitley Platform Microarchitecture CopperRomley Platform Microarchitecture Sandy BridgeSandy Bridge32nm New Mico-architectureIvy Bridge22nmTick-Tock：Tick年（工藝年）更新制作工藝，Tock年（架構年）更新微架構。20122013TockTickTockTickTockTickTockTick23Intel CPU命名規(guī)則Intel X

6、eon processor E#Processor SKU(i.e. 10, 20, 30, etc)Prod Line(E3, E5, E7)Version(v2, v3, v4, etc)v#BrandWayness, maximum number of CPUs in a node (1, 2, 4, 8)Socket type (2, 4, 6, 8)Alph a SuffixDescriptionLLow PowerLow Power SKUs(after 4 digit numeric set):Prod Family# #DesignatorActual Socket8LS (W

7、estmere EX)6R (Sandy Bridge)4B2 (Sandy Bridge)2H2 (Sandy Bridge)Intel Xeon 系列CPU命名規(guī)則mesh interconnectring interconnectGrantley平臺到Purley平臺 CPU 架 構 從 ring interconnect變更到mesh interconnect；Intel從Purley平臺開始改變 以往CPU命名方式，最大的 改變是E5、E7合并了，只分 Platinum、Gold、Silver、 Bronze四個級別；Brone為31xx系列，是入門 級CPU（最多8核）；Silve

8、r 為41xx系列（最多12核）適 用于中度負載；Gold為51xx（最多14核）與61xx(最多 22核)適用于通用計算； Platinum為81xx（最多28 核）適用于關鍵業(yè)務及高性 能需求。就實際性能測試結果及Intel 的商務策略看，Gold級別的 CPU具有最佳的性價比。24緩存(Cache)緩存(Cache Memory)是位于CPU與內存之間的臨時存儲器，目前的CPU擁有一級、二級和三級緩存(L1 L2 L3 Cache)。緩存策略從共享分布式結構（Haswell Server架構）變更為私有本地式結構(Skylake Server架構)：共享分布式結構（ Haswell Se

9、rver架構）: 共享分布式結構L3是主緩存私有本地結構（Skylake Server架構）: 私有緩存L2成為主緩存，共享L3緩存作為溢出緩存共享緩存L3從Inclusive更改為Non-inclusive：Inclusive （ Haswell Server架構）: L3具有L2中所有數(shù)據(jù)的副本Non-inclusive （Skylake行Server架構）: L2中的數(shù)據(jù)可能不存在于L3中1、內存讀取直接填充到MLC，不再是 MLC和LLC；2、當需要移除MLC數(shù)據(jù)時，將寫回修 改的和未修改的數(shù)據(jù)；3、跨核心共享的數(shù)據(jù)被復制到LLC中， 以便為將來的MLC未命中提供服務。25超線程技術多

10、核心技術多核和超線程技術多核處理器把多個CPU（核心）集成到單個集成電路芯片（integrated circuit chip）中。超線程(hyper-threading)其實就是同時多線程(simultaneous multi-theading),是一項允許一個CPU執(zhí)行多個控制流的技術。27Skylake CPU PCIE擴展特性每個CPU有4個IO模塊，IOU0用于連接PCH，IOU1IOU3用于連接PCIE設備，每個IOU下有16個PCIE通道，可 根據(jù)需要組合成為X4，X8和X16。CPU IO模塊281CPU概念和分類2CPU發(fā)展趨勢和特性目錄content3X86 CPU選型293

11、0CPU性能查詢SPEC CPU是SPEC組織推出的CPU子系統(tǒng)評估軟件軟件。測試結果包括：SPECint_rate_base2006、SPECfp_rate_base2006、 SPECint_rate2006、 SPECfp_rate2006。tpmC值在國內外被廣泛用于衡量計算機系統(tǒng)的事務處理能力，為每分鐘內系統(tǒng)處理的新訂單個數(shù)的英文縮寫。TPMC測試及發(fā)布的成本極高（百萬美元級），只有少數(shù)廠商的少數(shù)設備會在TPC官網(wǎng)上發(fā)布測試數(shù)據(jù)。未在官網(wǎng)上發(fā)布的數(shù)據(jù)都是評估出來的。tpmC值評估原則評估原則1：同等配置下，不同廠家設備的TPMC性能是相當?shù)?。評估原則2：tpmC值與SPECint_r

12、ate_base值呈正比。評估原值3：tpmC值與CPU個數(shù)呈正比具體評估方法1、在tpmC官網(wǎng)上查詢一款CPU對應的tpmC值；2、查詢這款CPU的SPECint_rate_base，用tpmC/SPECint_rate_base得到一個比例系數(shù)；3、根據(jù)需要求得tpmC值的CPU的SPECint_rate_base值乘以步驟2的系數(shù)可得tpmC值。tpmC值評估方法查詢鏈接：/#Pro ce ssorsSPEC cpu測試報告SPEC cpu和tpmC值查詢鏈接：http:/3/mm/docMaintain/mmMaintain.do?f_id=SV170802065716430&method=showMMDetail SPEC cpu官網(wǎng)查詢鏈接：/cgi-bin/osgresults?conf=cpu2006&op=formCPU參數(shù)查詢CPU的詳細參數(shù)可以在intel官方網(wǎng)站上查詢查詢鏈接：/#ProcessorsCPU信息簡表31CPU詳細參數(shù)表CPU跨代替換Intel 開發(fā)的TRANSITION GUIDE小工具解決用哪個新一代CPU型號可以替代上一代CPU型號的問題。查詢鏈接：/exodus/page?eventType=1&ta