西藏农牧学院函授CPU的发展

院校:西藏农牧学院继续教育 发布时间:2020-01-27 16:42:24

CPU的发展

计算机的能力部分依赖于CPU与总线的一些技术指标。如常见的微处理器晶片,其一个机器指令周期能并行处理的计算机字长可以是8位元字长、16位元字长或32位元字长,最多达64位元字长。在其他指标相同的情况下,机器字长度越长,计算机运行速度越快。表4-3所示为目前微型处理器的种类。
   
影响计算机运行速度的第二个因素是决定机器时序周期长短的品片振荡频率(又称时序速度),以每秒百万个周期为单位,即MHz,则时序速度越高机器运行速度越快。早期Intel s088 的机器频率为4:-47MHz,lIntel PeniumⅢ达到400MHz~500MHz,而现在的lntel Core i7的时序速度则达到2.8GHz~3.4GHz。但随着技术的发展,CPU频率的继续提升将越来越困难,与之而来的是巨大发热量以及实际运算效率不佳等问题。如今,CPU制造商们更主要通过提高缓存容量、增加核心数量等方式以期在低功耗下提供较强的运算能力。

影响计算机运行速度的第三个因素是数据总线的宽度。数据总线是CPU与主存储器及其他器件之间的数据高速公路,决定并行传送多少位数据。如IBM8088个人计算机,字长为16位,CPU可以并行处理16位元的资料,而由于数据总线的宽度仅8位,则CPU与主存储器及其他设备之间一次仅传送8位资料,计算机运行速度下降,只能称为准16位机。Intel公司的上一代FSB前端总线拥有64位宽,当其工作在800MHz的频率下,数据传输量可以达到6.4Gbps.然而随着频率的不断提高,对并行总线的容错要求也越来越高,已经被申行总线所取代。最新的Intel Core i7处理器采用了串行总线,虽然宽度只有20位、但达到了25.6Gbps的数据传输量。

当前许多计算机,从微型计算机到大型主干机,为了扩展功能都使用了多处理机技术,取代了由单个控制单元和ALU组成的单个处理机。
多处理机系统内可以有多个执行功能的CPU,它们的特点如下。

(1)辅助处理器。这种设计是采用辅助微处理器帮助主处理器执行多种功能。辅助微处理器可以用于输入/输出、存储管理、算术计算和通信,以使主处理器做主要的程序处理工作。例如支持浮点算术运算的协处理器、视频显示控制器、磁盘控制器等。一台大型的计算机可能用一台微型计算机作为通道管理机,控制CPU与I/O设备之间的数据传输,先进的微处理器设计技术把这些辅助处理器的功能集成在单个的微处理器片上。

(2)对偶处理器。这种设计采用多CPU或多微处理器进行多道并行处理,即在同一时刻执行几条指令。有些结构还提供容错能力,当其中一个CPU出现故障时,多CPU提供了内部的备份。

(3)并行处理设计。这种设计可以使用几个指令处理器,或者成千上百个指令处理器,以网络形式组织在一起。例如,含有上千处理器的大量并行处理是基于大脑的神经网络原理。这种系统一次可以并行处理许多指令。许多专家正在研究并行处理系统,使它能在第五代计算机中提供人类智力的能力。

计算机循序处理和并行处理示意如图4-13所示。
    
图4-13(a)所示为循序处理,将一个工作分配给一个CPU,一次执行一个任务;而图4-13(b)的平行处理中,则将一个工作分割成多个任务,分配给多个处理器。由于处理器平行工作加快完成了所分配任务,将各处理器平行工作的结果综合在一起,则成为该工作的总结果。其速度远远超出了循序处理。

(4)双核处理器和多核处理器。基于单个半导体的一个处理器上拥有两个或多个功能一样的处理器核心。由于处理器的功耗和散热问题已成为提升处理器主频的瓶颈,双核(或多核)处理器技术的引入是提高处理器性能的有效方法,因为每增加一个内核,处理器每个时钟周期内可执行的单元数也将相应增加。