CPU的前世今生

关注

原创 2022-02-17 15:34:40 1.8k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

8086指令集的一系列处理器，都称为x86处理器。x86处理器其实并不一定是32位的，比如说8086，实际上，在80386后才变成了32位。现在指的x86肯定是32位的了。英特尔官方将自己32位处理器架构称之为IA32,但是是一个东西。其实x86架构有很多种，比如linux选版本的下面就有386,486,586,2012年，liuux正式告别了386这个老古董。586就是奔腾初代处理器。在之后，人们渐渐意识到用这些数字称呼CPU是不靠谱的了，于是改口按照英特尔的叫法，比如说奔腾4，酷睿i7等等。软件都满足兼容，即标称386的软件同时兼容486,586的处理器内核（其实也兼容x64的处理器）。

在发展到64位的时候，INTEL纠结要不要兼容x64，于是开发了IA64，不兼容x86。狡猾的AMD率先开发了AMD64，兼容x86.英特尔看到情况不妙就发展了所谓的x86_64浏览器，意思是x86浏览器的64位扩展，也成为x64。英特尔官方将这种处理器架构称之为EM64T，上述概念基本上都是一个个东西，微微有所差别

上面的两种都属于CISC架构。MIPS是CISC中的一种。
若要问RISC架构的，那就要提ARM了。原来的苹果pad中搭载的就是arm处理器。
高通的骁龙处理器就是arm内核，华为的海思也是arm的内核。

流水线技术

流水线技术在486中开始使用。
https://blog.youkuaiyun.com/muxiqingyang/article/details/6661417
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
上面的五级流水线，可以说是最经典的。arm9就采用这种技术。
wiki上有一张图也画的很清楚

超标量&乱序执行&超流水线技术

超标量（superscalar）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。 
其实质是以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频，
使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取空间。

简单而言就是一条流水线的有多个执行部件。比如说证书和浮点数运算所需要的运算部件不相同。像这样，不共享资源的指令可以同时进行。

超标量其实和【乱序执行】的含义很接近。

多核心技术

一般而言，一个传统CPU的包含一个1个PU和一个AS。
在这里插入图片描述

超线程技术

让多个线程同时共享一个cpu资源。一般是两个。

一个简单的例子

我们找一个最近小有名气的香山CPU为例子简单介绍下CPU的结构

在这里插入图片描述

上图中一些概念的解释。

ITLB。TLB也就是所谓的Translation Lookaside Buffer。是一种缓存，用于改进虚拟地址到物理地址的转换速度。TLB分为Instruction TLB（也就是ITLB）和 Data TLB (DTLB)。还有Second level/Shared TLB（STLB）
dispatch。一般而言，CPU指令分为 Control Instruction, Integer Operation, Floating-point operation or Data transfer operation。dispatch模块用来根据指令类型分配到不同的执行单元上去执行。
rename https://docs.boom-core.org/en/latest/sections/rename-stage.html。简单来说，通过重命名寄存值来保证执行时序。
MDU（Multiply-Divide Unit)处理乘法和除法
AGU (Address generation unit).用于计算cpu访问数据的物理地址
PTW(page-table-walker).负责将虚拟地址的页号翻译成物理地址的页号
MAC multiplier–accumulator (MAC unit)。执行乘法累加操作。也就是下面的形式。这是在数字信号处理中使用的常见操作