芯片体系结构的发展

芯片体系结构的发展2022/12/131芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第1页!硬件的层次结构1.芯片级（chiplevel）2.板卡级（boardandcardlevel）3.设备级（equipmentlevel）4.网络级（networklevel）2022/12/132芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第2页!芯片的种类繁多1.处理器芯片（processorchip）2.存储器芯片（memorychip）3.主板芯片组（chipset）4.BIOS芯片（rom

bios）5.输入输出芯片（I/Ochip）6.控制器芯片（controllerchip）7.特殊芯片（networkchipset,3-Dchip,videochip…）2022/12/133芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第3页!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（MainframeArchitecture）例如1964年IBM360，24位。1983年IBM370-XA，32位。现在，微处理器体系结构（MicroprocessorArchitecture）。例如1978年Intel8086，16位。1985年Intel80386，32位。微体系结构比传统体系结构更丰富。2022/12/134芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第4页!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：8088，808620位1MB286，386SX24位16MB386DX,486,奔腾I32位4GB奔腾II,奔腾III,奔腾IV36位64GB2022/12/135芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第5页!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。2022/12/136芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第6页!MMX技术MMX技术指MultiMediaExtension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。2022/12/137芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第7页!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400MHz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。2022/12/138芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第8页!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。WindowsNT、OS/2、Unix都是多线程的程序。数据库管理系统和其他应用软件也引入线程而改善性能。2022/12/139芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第9页!新徽标的含义一、支持超线程技术、主频3.06GHz或以上的Intel奔腾IV处理器二、支持超线程技术的Intel芯片组三、支持并实现超线程技术的系统BIOS四、针对超线程技术优化过的操作系统2022/12/1310芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第10页!超线程系统的优势提高多任务环境下的系统响应能力，使用户能够在更少的时间内完成更多的工作。提高当前或未来采用超线程技术的多线程应用的性能。通过扩大高峰负载的性能，为用户带来增值的优势。为IT部门提供灵活性，能在更安全、更可靠和可管理的计算基础设施上运行重要的后台应用，而不会影响用户的正常使用或工作效率。2022/12/1311芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第11页!板卡的组成（1）CPU··················行政机构（2）存储器··········楼堂馆所、广场（3）芯片组………交通控制枢纽（4）总线········大街小巷、高速公路（5）插槽··········车站、码头、机场（6）电源··········设在远郊的发电厂2022/12/1312芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第12页!主板的分类（续）6.按CPU插座分类如Socket7主板、Slot1主板7.按系统总线的带宽分类如66MHz主板、100MHz主板8.按数据端口分类如SCSI主板、EDO主板、AGP主板9.按扩展槽分类如ISA/EISA/MCA/PCI/VL/USB等主板10.按生产厂家分类如微星主板、青云主板、联想主板等2022/12/1313芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第13页!INTEL介入芯片组80286问世后，两年多才出现块286主板。80386问世后，也一年多才有块386主板。这都不是Intel的速度（以及质量）。于是1989年4月Intel随80486一起推出420芯片组，数月后就有了486主板。1993年Intel在推出奔腾的同时，推出了430LX芯片组，而且推出了全部完成的奔腾主板。2022/12/1314芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第14页!系统总线的结构PC总线以其快慢分为不同等级：（1）处理器外部总线：64位宽，66MHz、100MHz，并与存储器及北桥连接（2）AGP（图形加速端口）总线：32位宽，66MHz，与高速显卡及南桥连接（3）PCI（外部设备互连）总线：32位宽，33MHz，并与I/O超级芯片连接（4）ISA（工业标准体系结构）总线：16位宽，8MHz2022/12/1315芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第15页!奔腾IV的芯片组2000年11月Intel发布了支持奔腾IV的850芯片组，北桥为MCH82850，南桥为ICH282801。它们有比较高的整体性能，但价格高，而且它支持的是昂贵的RDRAM、带宽也有问题。最近，2002年9月10日Intel又发布了845芯片组。北桥为MCH82845，南桥未变。这似乎是退了一步，但是“退一步，进两步”。关于其中的奥妙，本次活动另有同行演讲。2022/12/1316芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第16页!安腾的结构采用一体化的三级高速缓存。靠近CPU的一级高速缓存为32K，分别给数据16K、指令16K。其映射方式是4路成组相联（4-waysetassociative）。二级高速缓存96K，6路成组相联结构。三级高速缓存为2M或4M，也用4路成组相联结构。成组相联映射既有直接映射（directmapped）的简单快速，又有全相联映射（fullyassociative）的冲突概率低、空间利用率高等优点。因此，能使高度并行的流水线全速运行。一体化是指用同样的集成工艺实现，安腾的CPU有2500万个晶体管，而高速缓存用了3亿个。2022/12/1317芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第17页!安腾的形象当年发布奔腾芯片时，英特尔总裁强调：奔腾是因特网芯片（Internetchip），它将改善您对因特网的感受，使互动多媒体更加逼真、更加栩栩如生。但是，现在对安腾的宣传则是：安腾是因特网经济内部的引擎（ItaniumistheEngineinsidetheInternetEconomy）2022/12/1318芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第18页!INTEL的TFLOPS超级电脑美国能源部的计算机模拟要求更高速的电脑。它建立了ASCI项目，即AcceleratedStrategicComputingInitiative。Intel为此研制了超级电脑，1997年完成。MPLINPACK的记录是1.34TFLOPS。它采用了9152个奔腾（PentiumPro）芯片。科学研究需要的计算能力是没有止境的。2022/12/1319芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第19页!芯片技术突飞猛进800819720.35万10微米808019740.60万6微米808619782.9万3微米80286198213.4万3微米80386198527.5万1微米804861989120万0.8微米PentiumI1993310万0.35微米PentiumII1997750万0.35微米PentiumIII19992900万0.25微米PentiumIV20004200万0.13微米2022/12/1320芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第20页!奔腾芯片的体系结构1.超标量技术（Superscalar）双ALU2.超流水技术（Superpipeline）八级3.哈佛结构：指令Cache和数据Cache4.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2022/12/1321芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第21页!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）2022/12/1322芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第22页!SSE技术在奔腾III中首先出现。

SSE是StreamingSIMDExtension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。2022/12/1323芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第23页!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Intel850AGP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OrganicLandGridArray（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。2022/12/1324芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第24页!超线程技术的新徽标Hyper超Threading线程HTTechnology超线程技术2022/12/1325芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第25页!Intel的超线程技术超线程技术，通俗地说就是“一芯二用”。在线程级的层次上实现并行处理。它能最大限度地利用处理器资源，使一个处理器同时运行两个独立的软件线程，使电脑能更高效地工作。2022/12/1326芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第26页!支持超线程技术的操作系统针对超线程技术优化过的台式机操作系统包括：MicrosoftWindowsXP家用版和专业版、基于2.4.18或更高内核版本的Linux操作系统。尽管基于Linux操作系统的PC机可能会满足上述平台要求，能够实现超线程技术，但在近期这些系统将不会具备带有超线程徽标的全新奔腾IV处理器。购买基于Linux操作系统的PC机时，请注意与PC供应商确认所购PC机是否满足上述平台要求，能否实现超线程技术。2022/12/1327芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第27页!主板的分类1.按CPU芯片分类如486主板、奔腾主板、奔腾IV主板2.按存储器大小分类如8M主板、16M/32M主板、64M主板3.按主机板规格分类如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板4.按芯片组分类如TX主板、LX主板、BX主板5.按是否支持PnP分类如PnP主板、非PnP主板（遗留主板）2022/12/1328芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第28页!芯片组的由来在最初IBMPC的主板上，除微处理器8088、协处理器8087外，还有时钟发生器8284、总线控制器8288、系统定时器8253、中断控制器8259、DMA控制器8237、键盘控制器8255等芯片。1986年ChipandTechnologies公司推出革命性的82C206芯片，用它代替多个芯片，开创了芯片组的市场。2022/12/1329芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第29页!INTEL芯片组概况Intel芯片组通常有两块：北桥和南桥430LX430NX430FX430MX430HX430VX430TX93.394.395.195.1096.296.297.2P66P75P75P75P75P75P75SIOSIOPIIXMPIIXPIIX3PIIX3PIIX42022/12/1330芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第30页!主板的规格Baby-AT（1983-1996）Full-SizeAT（1984，尺寸太大）LPX（1987由WesternDigital设计，半专用）ATX（1995.7由Intel正式颁布，很流行）Micro-ATX（1997.12由Intel颁布）Flex-ATX（1999.3由Intel颁布）NLX（1996.11由Intel颁布）WTX（1998.9，用于中高档服务器）其他2022/12/1331芯片体系结构的发展共35页，您现在浏览的是第31页!安腾：IA-64的体系结构1999年10月4日Intel发布了64位的品牌安腾。安腾的核心技术是显性并行指令计算，EPIC即ExplicitlyParallelInstructionComputing。超越了CISC