關(guān)于CPU的論述

1、關(guān)于CPU的論述姓名：張爽爽 專業(yè)：電子信息工程 學(xué)號：201202020074對我而言，在學(xué)微機(jī)原理之前對CPU的了解僅限于它是計算機(jī)的大腦這個層面，具體的講也就是購電腦時比較下是Intel幾代的處理器罷了，可謂是認(rèn)識非常的局限。在寫這篇論述的前，我惡補(bǔ)了一下關(guān)于CPU的知識，不知道怎么的看完竟然心里很沉重，本以為這是個再普通不過的，很好應(yīng)付的作業(yè)了。但是看完諸多的論述后，竟然覺得一點都輕松，從一個中國人角度出發(fā)更覺得很沉重，我認(rèn)為這次作業(yè)不能再不過腦的抄抄了之了，雖然我沒什么能力去改變中國CPU的現(xiàn)狀，但是很有必要去說些什么，壓在心里話。在文庫中瀏覽著諸多的文檔，“神州龍芯”幾個字刺痛了我

2、的雙眼，但心里卻有一絲激動，突然有想考研去研究CPU的沖動，一直以來我就是一個民族自豪感和歸屬感很強(qiáng)的人，雖然我是所謂的“女流之輩”。我了解到我們的龍芯性能落后、配套不足是沒有市場的一方面，但我們可以打低端上網(wǎng)本市場啊，而最主要還是不能使用X86指令集，雖然我不太懂指令的知識，但我知道X86有很多指令集Intel和AMD都有專利保護(hù)也不會賣給中國人，我們的龍芯就做成了MIPS指令集，不能使用X86指令集制作CPU也就意味著不能裝X86指令集的windows系統(tǒng)，目前只能裝linux系統(tǒng)，那對于個人電腦來說需求不是很大，也就是沒有什么市場了。不得不承認(rèn)我們的信息時代慢了不止一步這個事實，但是我相

3、信龍芯一定會突破這個瓶頸最終走向市場，到那時候我們每個中國人都有一個中國芯。同時我還去刻意了解了Intel和AMD公司處理器的發(fā)展史，在感嘆他們波瀾壯闊的發(fā)展歷史和激烈的“廝殺”比拼之余，我更去查詢了“龍芯”的發(fā)展與現(xiàn)狀。總體上這篇論述從以下四個方面去寫，第一是簡述CPU的作用和重要性，第二是國外CPU的發(fā)展主要是Intel和AMD兩個巨頭公司，第三部分是寫中國“龍心”的發(fā)展，第四部分是我個人的一些想法和看法。我把這篇論述的重點放在第三部分和第四部分，專業(yè)的術(shù)語和學(xué)術(shù)性的東西太少也是由于本人的學(xué)識有限，還望老師理解，同時我也覺得如果是抄襲他人的專業(yè)論文還不如不浪費時間，況且我們學(xué)習(xí)這個階段也沒

4、有這個認(rèn)識和見地。一 CPU的重要性CPU(CentralProcessingUnit)，被稱為中心處理器或者M(jìn)icroprocessor微處理器。CPU是計算機(jī)的核心，其重要性好比心臟對于人一樣。實際上，處理器的作用和大腦更相似，因為它負(fù)責(zé)處理、運算計算機(jī)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，而主板芯片組則更像是心臟，它控制著數(shù)據(jù)的交換。CPU的種類決定了使用的操作系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件，CPU的速度決定了計算機(jī)有多強(qiáng)大，當(dāng)然越快、越新的CPU價格也會越高。CPU的發(fā)展非常迅速，個人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的酷睿系列，只經(jīng)過了二十多年的時間。這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理

5、器、16位微處理器、32位微處理器以及正在醞釀構(gòu)建的64位微處理器，可以說個人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的。它的發(fā)展不只如此，近年來它又由單核向多核發(fā)展，但它的性能指標(biāo)依舊十分重要。簡單介紹一些CPU主要的性能指標(biāo)：第一、主頻，倍頻，外頻。經(jīng)常聽別人說：“這個CPU的頻率是多少多少?！逼鋵嵾@個泛指的頻率是指CPU的主頻，主頻也就是CPU的時鐘頻率，英文全稱：CPUClockSpeed，簡單地說也就是CPU運算時的工作頻率。一般說來，主頻越高，一個時鐘周期里面完成的指令數(shù)也越多，當(dāng)然CPU的速度也就越快了。不過由于各種各樣的CPU它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不盡相同，所以并非所有的時鐘頻率相同的CP

6、U的性能都一樣。至于外頻就是系統(tǒng)總線的工作頻率；而倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。三者是有十分密切的關(guān)系的：主頻=外頻x倍頻。第二：內(nèi)存總線速度，英文全稱是Memory-BusSpeed。CPU處理的數(shù)據(jù)從主存儲器那里來的，而主存儲器指的就是內(nèi)存。一般放在外存（磁盤或者各種存儲介質(zhì)）上面的資料都要通過內(nèi)存，再進(jìn)入CPU進(jìn)行處理的。所以與內(nèi)存之間的通道棗內(nèi)存總線的速度對整個系統(tǒng)性能就顯得很重要了，內(nèi)存總線速度就是指CPU與二級(L2)高速緩存和內(nèi)存之間的通信速度。第三、擴(kuò)展總線速度，英文全稱是Expansion-BusSpeed。擴(kuò)展總線指的就是指安裝在微機(jī)系統(tǒng)上的局部總線如VESA或PC

7、I總線，擴(kuò)展總線就是CPU聯(lián)系這些外部設(shè)備的橋梁。第四：工作電壓，英文全稱是：SupplyVoltage。任何電器在工作的時候都需要電，自然也會有額定的電壓。二 國外CPU發(fā)展史（Intel和AMD）Intel公司成立于1968年，格魯夫、諾依斯和摩爾是微電子業(yè)界的夢幻組合.1971年1月，Intel公司的霍夫(MarcianE.Hoff)研制成功世界上第一枚4位微處理器芯片Intel4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機(jī)系統(tǒng)（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器），其中4004包含2300個晶體

8、管，尺寸規(guī)格為3mm4mm，計算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價為200美元。1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機(jī)。1976年,Intel發(fā)布8085處理器。Zilog公司于1976年對8080進(jìn)行擴(kuò)展,開發(fā)出Z80微處理器，廣泛用于微型計算機(jī)和工業(yè)自動控

9、制設(shè)備。直到今天，Z80仍然是8位處理器的巔峰之作，還在各種場合大賣特賣。CP/M就是面向其開發(fā)的操作系統(tǒng)。許多著名的軟件如:WORDSTAR和DBASEII都基于此款處理器。1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，標(biāo)志著第三代微處理器問世。Intel在1年之后,推出4.77MHz的8位微處理器8088。1979年6月1日，Intel推出4.77MHz的準(zhǔn)16位微處理器8088。1985年10月，Intel推出16MHz80386DX微處理器1989年4月，Intel推出25MHz486微處理器。1995年11月1日，Intel推出了PentiumPro處理器。1996

10、年1月4日：Intel發(fā)布150&166MHzPentium處理器，1997年1月8日：Intel在1996年推出的Pentium系列的MMX。1997年6月2日：Intel發(fā)布233MHz PentiumMMX。1998年2月：Intel發(fā)布333MHzPentiumII處理器，開發(fā)代號為Deschutes。2004年Intel公司推出代號為Nocona內(nèi)核的64位至強(qiáng)處理器，是英特爾迄今為止推出的最成功的企業(yè)級64位服務(wù)器產(chǎn)品。2005年推出基于Smithfield核心的雙核心英特爾PentiumD處理器。2006年推出Core（酷睿）架構(gòu)處理器。2007年：Intel四核心服務(wù)器用處理器

11、2008年11月17日：英特爾發(fā)布core i7處理器2010年八核處理器的誕生。2014年推出Ivy Bridge-EX擁有最多15核心。而曾經(jīng)和英特爾一衣帶水的AMD處理器發(fā)展過程如下：AMD386(1991年)微處理器，核心代號P9。AMD486DX(1993年)微處理器，核心代號P4。AMDK6(1997年)處理器是與IntelPentiumMMX同檔次的產(chǎn)品。K6-2(1998年)系列微處理器曾經(jīng)是AMD的拳頭產(chǎn)品。1999年AMD推出K7和英特爾開展前所未有的競爭。2001年10月AMD推出了K8架構(gòu)。2007下半年AMD推出K10架構(gòu)。AMD在2011年第三季度發(fā)布FX-8150

12、、FX-8100、FX-6100和FX-4100四款型號。2014年AMD推出FX-9370Eight-Core位居排行榜32位，而前31位均為英特爾產(chǎn)品。三 中國芯的發(fā)展史2002年8月，“龍芯”1號研制成功。龍芯一號CPU是神州龍芯公司推出的兼顧通用及嵌入式CPU特點的新一代32位CPU，是以中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研制的通用CPU為核心，由神州龍芯公司擁有知識產(chǎn)權(quán)?；?.18微米CMOS工藝的龍芯一號32位微處理器的投片成功，并通過了以SPECCPU2000為代表的一批性能和功能測試程序的嚴(yán)格測試，標(biāo)志著我國在現(xiàn)代通用微處理器設(shè)計方面實現(xiàn)了零的突破，打破了我國長期依賴國外CPU產(chǎn)品的無

13、芯的歷史，也標(biāo)志著國產(chǎn)安全服務(wù)器CPU和通用的嵌入式微處理器產(chǎn)業(yè)化的開始。龍芯一號在通用CPU體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采用了許多先進(jìn)的微處理器的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)，在動態(tài)流水線的具體實現(xiàn)和硬件對系統(tǒng)安全性的支持方面，有獨特創(chuàng)新，并申請了專利。龍芯一號CPU在片內(nèi)提供了一種特別設(shè)計的硬件機(jī)制，可以抗御緩沖區(qū)溢出攻擊。在硬件上根本抵制了緩沖區(qū)溢出類攻擊的危險，從而大大的增加的服務(wù)器的安全性。龍芯一號CPU可以運行大量的現(xiàn)有應(yīng)用軟件與開發(fā)工具。支持最新版本的Linux、VxWork，等操作系統(tǒng)。基于龍芯一號CPU的服務(wù)器，可以運行ApacheWeb、FTP、Email、NFS、X-Window等服務(wù)器軟件。這是

14、我國打破國外壟斷，初步掌握當(dāng)代CPU設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，為改變我國信息產(chǎn)業(yè)芯的局面邁出了重要的一步。2005年4月26日，龍芯二號正式面世，中國科學(xué)院命名其為“毛澤東110”（）。其性能超過威盛，達(dá)到英特爾奔騰3水平的芯。龍芯2號是一枚64位CPU，采用四發(fā)射超標(biāo)量超流水結(jié)構(gòu)，一級指令和數(shù)據(jù)高速緩存各64KB，二級高速緩存最多達(dá)8MB，頻率最高為500MHz，功耗3-5瓦。龍芯2E項目在2005年5月啟動，2006年3月17日拿到龍芯2E芯片并聯(lián)調(diào)成功，5月23日通過863專家組組織的測試。2007年7月31日，龍芯2F（代號PLA80）流片成功。龍芯2F為龍芯第一款產(chǎn)品芯片。龍芯2F是一款低功耗

15、、低成本、高性能的系統(tǒng)芯片。它采用90納米工藝，片內(nèi)集成了龍芯2號CPU核、DDR2內(nèi)存控制器、PCI/PCIX控制器、LocalI/O控制器等重要IP，晶體管數(shù)目達(dá)5100萬個。與去年推出的龍芯2E相比，功耗降低了40。2008年3月，北京龍芯中科技術(shù)服務(wù)中心有限公司正式成立，龍芯開始產(chǎn)業(yè)探索。2009年9月28日，我國首款四核CPU龍芯3A（代號PRC60）流片成功。2010年9月，龍芯大CPU系列的首款多核處理器產(chǎn)品龍芯3A開始量產(chǎn)，中CPU系列的最新產(chǎn)品龍芯2G流片成功。2011年初，龍芯一號系列芯片家族中的新成員龍芯1B芯片流片成功。2012年10月，龍芯3B 1500流片成功。2013年4月，龍芯1C芯片流片成功。2014年3月19日，龍芯1D芯片的量產(chǎn)版本（LS1D4）完成流片封裝。龍芯”的問世不僅僅在于中國自主研發(fā)出了自己的CPU產(chǎn)品，其更深層次的意義在于它穿透了困擾在中國科技人員心中的一團(tuán)迷霧，憑借著自身的技術(shù)研發(fā)實力，中國同樣可以自己研發(fā)生產(chǎn)出被國外壟斷的產(chǎn)品。目前我們很多人對國貨表現(xiàn)出一貫的不信任，尤其數(shù)碼產(chǎn)品等。日本人就很善于引進(jìn)外國技術(shù)，然后學(xué)習(xí)、模仿、創(chuàng)新，中國人同樣也有這種精神。中國既然可以在艱難條件下研發(fā)兩彈一星，在