芯片體系結構的發(fā)展

芯片體系結構的發(fā)展2022/12/131芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!硬件的層次結構1.芯片級（chiplevel）2.板卡級（boardandcardlevel）3.設備級（equipmentlevel）4.網(wǎng)絡級（networklevel）2022/12/132芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!芯片的種類繁多1.處理器芯片（processorchip）2.存儲器芯片（memorychip）3.主板芯片組（chipset）4.BIOS芯片（rom

bios）5.輸入輸出芯片（I/Ochip）6.控制器芯片（controllerchip）7.特殊芯片（networkchipset,3-Dchip,videochip…）2022/12/133芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!微處理器體系結構體系結構是建筑學術語。計算機體系結構指概念性的結構和功能特性。過去，大型主機體系結構（MainframeArchitecture）例如1964年IBM360，24位。1983年IBM370-XA，32位?，F(xiàn)在，微處理器體系結構（MicroprocessorArchitecture）。例如1978年Intel8086，16位。1985年Intel80386，32位。微體系結構比傳統(tǒng)體系結構更豐富。2022/12/134芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!奔騰的位數(shù)內部寄存器的寬度為32位，這決定了奔騰仍是32位的微處理器，即IA-32體系結構。數(shù)據(jù)輸入輸出總線的寬度為64位。存儲器地址總線的寬度：8088，808620位1MB286，386SX24位16MB386DX,486,奔騰I32位4GB奔騰II,奔騰III,奔騰IV36位64GB2022/12/135芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!超標量技術486及以前的芯片，一個時間只能執(zhí)行一條指令。奔騰芯片始，同時能執(zhí)行多于一條指令，這稱為超標量技術。例如經(jīng)典奔騰有兩條整數(shù)指令流水線

U指令流水線：CISC和RISC都執(zhí)行V指令流水線：只執(zhí)行RISC指令還有一條浮點指令流水線（加、乘、除），因此能同時執(zhí)行多個處理，以空間換取了時間。2022/12/136芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!MMX技術MMX技術指MultiMediaExtension即多媒體擴展技術。在體系結構上的改進：1.內部L1高速緩存更大，改善軟件運行的特性。2.在處理器的指令系統(tǒng)中，擴展了57條指令，它們是單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）的，能加快對視頻、音頻、圖形和動畫的循環(huán)處理。2022/12/137芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!NetBurst技術這是奔騰IV體系結構的核心。20級超流水線技術、增強雙精度浮點運算、快速執(zhí)行引擎和400MHz系統(tǒng)總線。具有高級傳輸高速緩存（芯片上的高級緩存，而不是過去的分立的，延時更短）、執(zhí)行跟蹤高速緩存。多媒體單元又有144條新指令增強了性能、SSE-2即流式SIMD擴展2技術和先進的動態(tài)執(zhí)行（同時執(zhí)行100多條指令）技術。瞬時數(shù)據(jù)傳輸速率高達3.2Gbps。2022/12/138芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!進程與線程60年代就提出“進程”（process）的概念。操作系統(tǒng)調度進程、分配資源、響應用戶的請求。因此，進程既是擁有資源的單位，也是系統(tǒng)調度的單位。80年代又提出“線程”（thread）的概念。它是比進程更小的獨立運行單位，一個進程由多個線程組成，讓進程仍是擁有資源的單位，但調度單位卻是線程。線程的創(chuàng)建與終止都容易而開銷也小。WindowsNT、OS/2、Unix都是多線程的程序。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和其他應用軟件也引入線程而改善性能。2022/12/139芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!新徽標的含義一、支持超線程技術、主頻3.06GHz或以上的Intel奔騰IV處理器二、支持超線程技術的Intel芯片組三、支持并實現(xiàn)超線程技術的系統(tǒng)BIOS四、針對超線程技術優(yōu)化過的操作系統(tǒng)2022/12/1310芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!超線程系統(tǒng)的優(yōu)勢提高多任務環(huán)境下的系統(tǒng)響應能力，使用戶能夠在更少的時間內完成更多的工作。提高當前或未來采用超線程技術的多線程應用的性能。通過擴大高峰負載的性能，為用戶帶來增值的優(yōu)勢。為IT部門提供靈活性，能在更安全、更可靠和可管理的計算基礎設施上運行重要的后臺應用，而不會影響用戶的正常使用或工作效率。2022/12/1311芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!板卡的組成（1）CPU··················行政機構（2）存儲器··········樓堂館所、廣場（3）芯片組………交通控制樞紐（4）總線········大街小巷、高速公路（5）插槽··········車站、碼頭、機場（6）電源··········設在遠郊的發(fā)電廠2022/12/1312芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!主板的分類（續(xù)）6.按CPU插座分類如Socket7主板、Slot1主板7.按系統(tǒng)總線的帶寬分類如66MHz主板、100MHz主板8.按數(shù)據(jù)端口分類如SCSI主板、EDO主板、AGP主板9.按擴展槽分類如ISA/EISA/MCA/PCI/VL/USB等主板10.按生產(chǎn)廠家分類如微星主板、青云主板、聯(lián)想主板等2022/12/1313芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!INTEL介入芯片組80286問世后，兩年多才出現(xiàn)塊286主板。80386問世后，也一年多才有塊386主板。這都不是Intel的速度（以及質量）。于是1989年4月Intel隨80486一起推出420芯片組，數(shù)月后就有了486主板。1993年Intel在推出奔騰的同時，推出了430LX芯片組，而且推出了全部完成的奔騰主板。2022/12/1314芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!系統(tǒng)總線的結構PC總線以其快慢分為不同等級：（1）處理器外部總線：64位寬，66MHz、100MHz，并與存儲器及北橋連接（2）AGP（圖形加速端口）總線：32位寬，66MHz，與高速顯卡及南橋連接（3）PCI（外部設備互連）總線：32位寬，33MHz，并與I/O超級芯片連接（4）ISA（工業(yè)標準體系結構）總線：16位寬，8MHz2022/12/1315芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!奔騰IV的芯片組2000年11月Intel發(fā)布了支持奔騰IV的850芯片組，北橋為MCH82850，南橋為ICH282801。它們有比較高的整體性能，但價格高，而且它支持的是昂貴的RDRAM、帶寬也有問題。最近，2002年9月10日Intel又發(fā)布了845芯片組。北橋為MCH82845，南橋未變。這似乎是退了一步，但是“退一步，進兩步”。關于其中的奧妙，本次活動另有同行演講。2022/12/1316芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!安騰的結構采用一體化的三級高速緩存。靠近CPU的一級高速緩存為32K，分別給數(shù)據(jù)16K、指令16K。其映射方式是4路成組相聯(lián)（4-waysetassociative）。二級高速緩存96K，6路成組相聯(lián)結構。三級高速緩存為2M或4M，也用4路成組相聯(lián)結構。成組相聯(lián)映射既有直接映射（directmapped）的簡單快速，又有全相聯(lián)映射（fullyassociative）的沖突概率低、空間利用率高等優(yōu)點。因此，能使高度并行的流水線全速運行。一體化是指用同樣的集成工藝實現(xiàn)，安騰的CPU有2500萬個晶體管，而高速緩存用了3億個。2022/12/1317芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!安騰的形象當年發(fā)布奔騰芯片時，英特爾總裁強調：奔騰是因特網(wǎng)芯片（Internetchip），它將改善您對因特網(wǎng)的感受，使互動多媒體更加逼真、更加栩栩如生。但是，現(xiàn)在對安騰的宣傳則是：安騰是因特網(wǎng)經(jīng)濟內部的引擎（ItaniumistheEngineinsidetheInternetEconomy）2022/12/1318芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!INTEL的TFLOPS超級電腦美國能源部的計算機模擬要求更高速的電腦。它建立了ASCI項目，即AcceleratedStrategicComputingInitiative。Intel為此研制了超級電腦，1997年完成。MPLINPACK的記錄是1.34TFLOPS。它采用了9152個奔騰（PentiumPro）芯片?？茖W研究需要的計算能力是沒有止境的。2022/12/1319芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!芯片技術突飛猛進800819720.35萬10微米808019740.60萬6微米808619782.9萬3微米80286198213.4萬3微米80386198527.5萬1微米804861989120萬0.8微米PentiumI1993310萬0.35微米PentiumII1997750萬0.35微米PentiumIII19992900萬0.25微米PentiumIV20004200萬0.13微米2022/12/1320芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!奔騰芯片的體系結構1.超標量技術（Superscalar）雙ALU2.超流水技術（Superpipeline）八級3.哈佛結構：指令Cache和數(shù)據(jù)Cache4.分支動態(tài)預測5.固化常用指令6.數(shù)據(jù)總線的拓寬及突發(fā)模式7.采用PCI局部總線8.錯誤檢測及校驗技術9.電源效率技術10.支持多重處理2022/12/1321芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!超流水線技術通過細化流水、提高主頻，使得在一個時間周期內能完成多個操作，稱為超流水線技術。例如每條整數(shù)流水線都分為4級（指令預取、譯碼、執(zhí)行、寫回結果）浮點流水線則分為8級（指令預取、譯碼、執(zhí)行、寫回結果、兩級浮點操作、一級4舍5入并寫回結果、一級出錯報告）2022/12/1322芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!SSE技術在奔騰III中首先出現(xiàn)。

SSE是StreamingSIMDExtension的縮寫，即流式單指令多數(shù)據(jù)擴展。在MMX的基礎上，又增加了70條新指令，用于圖形和聲音處理。對高級圖像處理、3D、流式音頻和視頻DVD回放、語音識別特別有用。2022/12/1323芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!奔騰IV的特殊要求奔騰IV有特殊的系統(tǒng)要求，例如支持NetBurst體系結構的芯片組、固位裝置和適當?shù)腂IOS支持。奔騰IV要用特殊的主板，即基于Intel850AGP芯片組的主板。主板必須符合奔騰IV的電流和電壓要求。奔騰IV的封裝技術采用423針柵格陣列，即采用OrganicLandGridArray（OLGA）技術。因此要用PGA423插座。插座上安裝了集成的熱量延展器（IHS），提供了將熱量傳導到散熱片的途徑，以便在處理器工作期間進行散熱。2022/12/1324芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!超線程技術的新徽標Hyper超Threading線程HTTechnology超線程技術2022/12/1325芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!Intel的超線程技術超線程技術，通俗地說就是“一芯二用”。在線程級的層次上實現(xiàn)并行處理。它能最大限度地利用處理器資源，使一個處理器同時運行兩個獨立的軟件線程，使電腦能更高效地工作。2022/12/1326芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!支持超線程技術的操作系統(tǒng)針對超線程技術優(yōu)化過的臺式機操作系統(tǒng)包括：MicrosoftWindowsXP家用版和專業(yè)版、基于2.4.18或更高內核版本的Linux操作系統(tǒng)。盡管基于Linux操作系統(tǒng)的PC機可能會滿足上述平臺要求，能夠實現(xiàn)超線程技術，但在近期這些系統(tǒng)將不會具備帶有超線程徽標的全新奔騰IV處理器。購買基于Linux操作系統(tǒng)的PC機時，請注意與PC供應商確認所購PC機是否滿足上述平臺要求，能否實現(xiàn)超線程技術。2022/12/1327芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!主板的分類1.按CPU芯片分類如486主板、奔騰主板、奔騰IV主板2.按存儲器大小分類如8M主板、16M/32M主板、64M主板3.按主機板規(guī)格分類如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板4.按芯片組分類如TX主板、LX主板、BX主板5.按是否支持PnP分類如PnP主板、非PnP主板（遺留主板）2022/12/1328芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!芯片組的由來在最初IBMPC的主板上，除微處理器8088、協(xié)處理器8087外，還有時鐘發(fā)生器8284、總線控制器8288、系統(tǒng)定時器8253、中斷控制器8259、DMA控制器8237、鍵盤控制器8255等芯片。1986年ChipandTechnologies公司推出革命性的82C206芯片，用它代替多個芯片，開創(chuàng)了芯片組的市場。2022/12/1329芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!INTEL芯片組概況Intel芯片組通常有兩塊：北橋和南橋430LX430NX430FX430MX430HX430VX430TX93.394.395.195.1096.296.297.2P66P75P75P75P75P75P75SIOSIOPIIXMPIIXPIIX3PIIX3PIIX42022/12/1330芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!主板的規(guī)格Baby-AT（1983-1996）Full-SizeAT（1984，尺寸太大）LPX（1987由WesternDigital設計，半專用）ATX（1995.7由Intel正式頒布，很流行）Micro-ATX（1997.12由Intel頒布）Flex-ATX（1999.3由Intel頒布）NLX（1996.11由Intel頒布）WTX（1998.9，用于中高檔服務器）其他2022/12/1331芯片體系結構的發(fā)展共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!安騰：IA-64的體系結構1999年10月4日Intel發(fā)布了64位的品牌安騰。安騰的核心技術是顯性并行指令計算，EPIC即ExplicitlyParallelInstructionComputing。超越了CISC