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四、CPU主要技术浅析
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1、流水线技术
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流水线(pipeline)是 InteI首次在486芯片中开始使用的 。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线 。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线,然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行,这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令,从而提高了CPU的运算速度 。
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2、超流水线和超标量技术
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超流水线是指某些CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上,例如Intel Pentium 4的流水线就长达20步 。将流水线设计的步(级)数越多,其完成一条指令的速度越快,因此才能适应工作主频更高的CPU 。超标量(supe rscalar)是指在 CPU中有一条以上的流水线,并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令,这种设计就叫超标量技术 。
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3、乱序执行技术
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乱序执行(out-of-orderexecution)是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术 。比方说程序某一段有7条指令,此时CPU将根据各单元电路的空闹状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后,将能提前执行的指令立即发送给相应电路执行 。当然在各单元不按规定顺序执行完指令后还必须由相应电路再将运算结果重新按原来程序指定的指令顺序排列后才能返回程序 。这种将各条指令不按顺序拆散后执行的运行方式就叫乱序执行(也有叫错序执行)技术 。采用乱序执行技术的目的是为了使CPU内部电路满负荷运转并相应提高了CP U的运行程序的速度 。
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4、分技预溯和推测执行技术
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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.
5、指令特殊扩展技术
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自最简单的计算机开始,指令序列便能取得运算对象,并对它们执行计算 。对大多数计算机而言,这些指令同时只能执行一次计算 。如需完成一些并行操作,就要连续执行多次计算 。此类计算机采用的是“单指令单数据”(SISD)处理器 。在介绍CPU性能中还经常提到“扩展指令”或“特殊扩展”一说,这都是指该CPU是否具有对X86指令集进行指令扩展而言 。扩展指令中最早出现的是InteI公司的“MMX”,然后是Pentium III中的“SSE”,以及现在Pentium 4中的SSE2指令集 。
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五、CPU的构架和封装方式
(一) CPU的构架
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CPU架构是按CPU的安装插座类型和规格确定的 。目前常用的CPU按其安装插座规范可分为Socket x和Slot x两大架构 。
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以Intel处理器为例,Socket 架构的CPU中分为Socket 370、Socket 423和Socket 478三种,分别对应Intel PIII/Celeron处理器、P4 Socket 423处理器和P4 Socket 478处理器 。Slot x架构的CPU中可分为Slot 1、Slot 2两种,分别使用对应规格的Slot槽进行安装 。其中Slot 1是早期Intel PII、PIII和Celeron处理器采取的构架方式,Slot 2是尺寸较大的插槽,专门用于安装PⅡ和P Ⅲ序列中的Xeon 。Xeon是一种专用于工作组服务器上的CPU 。
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(二) CPU的封装方式
所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的插槽与其他器件相连接 。它起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用 。
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CPU的封装方式取决于CPU安装形式,通常采用Socket插座安装的CPU使用PGA(栅格阵列)的形式进行封装,而采用Slot X槽安装的CPU则全部采用SEC(单边接插盒)的形式进行封装 。
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