辅导材料芯片体系结构的发展.ppt

《计算机应用基础》第2章辅导材料：芯片体系结构的发展 刘瑞挺 2003年8月 硬件的层次结构 1. 芯片级（chip level） 2. 板卡级（board and card level） 3. 设备级（equipment level） 4. 网络级（network level） 芯片的种类繁多 1.处理器芯片（processor chip） 2.存储器芯片（memory chip） 3.主板芯片组（chip set） 4.BIOS芯片（ rom bios ） 5. 输入输出芯片（I/O chip） 6.控制器芯片（controller chip） 7.特殊芯片（network chipset, 3-D chip, video chip…） 微处理器体系结构 体系结构是建筑学术语。计算机体系结构指概念性的结构和功能特性。 过去，大型主机体系结构（Mainframe Architecture）例如1964年IBM 360，24位。1983年IBM 370-XA，32位。 现在，微处理器体系结构（Microprocessor Architecture）。例如1978年Intel 8086，16位。1985年Intel 80386，32位。 微体系结构比传统体系结构更丰富。 芯片技术突飞猛进 奔腾的位数 内部寄存器的宽度为32位，这决定了奔腾仍是32位的微处理器，即IA-32体系结构。 数据输入输出总线的宽度为64位。 存储器地址总线的宽度： 奔腾芯片的体系结构 1.超标量技术（Superscalar）双ALU 2.超流水技术（Superpipeline）八级 3.哈佛结构：指令Cache和数据Cache 4.分支动态预测 5.固化常用指令 6.数据总线的拓宽及突发模式 7.采用PCI局部总线 8.错误检测及校验技术 9.电源效率技术 10.支持多重处理 超标量技术 486及以前的芯片，一个时间只能执行一条指令。奔腾芯片始，同时能执行多于一条指令，这称为超标量技术。 例如经典奔腾有两条整数指令流水线 U指令流水线：CISC和RISC都执行 V指令流水线：只执行RISC指令 还有一条浮点指令流水线（加、乘、除），因此能同时执行多个处理，以空间换取了时间。 超流水线技术 通过细化流水、提高主频，使得在一个时间周期内能完成多个操作，称为超流水线技术。 例如每条整数流水线都分为4级（指令预取、译码、执行、写回结果） 浮点流水线则分为8级（指令预取、译码、执行、写回结果、两级浮点操作、一级4舍5入并写回结果、一级出错报告） MMX技术 MMX技术指Multi Media Extension即多媒体扩展技术。 在体系结构上的改进： 1. 内部L1高速缓存更大，改善软件运行的特性。 2. 在处理器的指令系统中，扩展了57条指令，它们是单指令流多数据流（SIMD）的，能加快对视频、音频、图形和动画的循环处理。 SSE技术 在奔腾III中首先出现。 SSE是Streaming SIMD Extension的缩写，即流式单指令多数据扩展。 在MMX的基础上，又增加了70条新指令，用于图形和声音处理。 对高级图像处理、3D、流式音频和视频DVD回放、语音识别特别有用。 NetBurst技术 这是奔腾IV体系结构的核心。 20级超流水线技术、 增强双精度浮点运算、快速执行引擎和400 MHz系统总线。 具有高级传输高速缓存（芯片上的高级缓存，而不是过去的分立的，延时更短） 、执行跟踪高速缓存。 多媒体单元又有144条新指令增强了性能、SSE-2即流式SIMD扩展2技术和先进的动态执行（同时执行100多条指令）技术。 瞬时数据传输速率高达3.2Gbps。 奔腾IV的特殊要求 奔腾IV有特殊的系统要求，例如支持NetBurst 体系结构的芯片组、固位装置和适当的 BIOS支持。 奔腾IV要用特殊的主板，即基于Intel 850 AGP芯片组的主板。主板必须符合奔腾IV的电流和电压要求。 奔腾IV的封装技术采用 423 针栅格阵列，即采用 Organic Land Grid Array （ OLGA ）技术。因此要用PGA423 插座。 插座上安装了集成的热量延展器（ IHS ），提供了将热量传导到散热片的途径，以便在处理器工作期间进行散热。 进程与线程 60年代就提出“进程”（process）的概念。操作系统调度进程、分配资源、响应用户的请求。因此，进程既是拥有资源的单位，也是系统调度的单位。 80年代又提出“线程”（thread）的概念。它是比进程更小的独立运行单位，一个进程由多个线程组成，让进程仍是拥有资源的单位，但调度单位却是线程。 线程的创建与终止都容易而开销也小。 Windo