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通用微处理器

通用微处理器一般指的是服务器用和桌面计算用CPU芯片。 目前,在桌面计算领域,Intel公司的Pentium系列微处理器芯片领导了市场的主流,占据着微机芯片市场的绝大部分份额,当前主流的芯片配置是32位的Pentium IV。

2001年8月Intel采用0.18μm工艺实现了主频为2GHz的Pentium IV芯片,目前生产的Pentium IV芯片则大都采用0.13μm工艺,主频已超过3GHz。AMD公司的Athlon K系列微处理器与Intel的Pentium系列二进制兼容,是Intel公司的强劲对手,现在的AMD Athlon处理器的主频也超过了1GHz,并且即使频率略低,在实际性能上却并不逊色。AMD的AMD-64处理器,在实现与IA-32兼容的同时,支持全64位计算,更展示了强劲的潜力。另外,VIA公司通过购并Cyrix公司,也开始生产与Pentium系列二进制兼容的微处理器芯片。目前,VIA的C3芯片已开始进入桌面系统的低端市场。

传统上,通用微处理器的工作负载以非数值、不规则标量应用为主(这种负载也是目前事务处理和Web服务类服务器的工作负载特征),实现高性能的方法主要是开发指令级并行性(ILP, instruction-level parallelism)。 以Intel x86为代表的CISC体系结构以超流水结构为提高性能的主要手段给人们留下了深刻的印象,这种结构将指令流水线划分成更简单的流水级以提高时钟速率。目前,Pentium IV的流水线级数对定点运算已达20级,浮点运算达到29级,处于执行状态的指令数达到126条。而RISC芯片则采用超标量结构为提高处理器性能的主要手段,这种结构在指令界面上保持与RISC结构兼容,但在内部由硬件做动态调度,实现多个操作的并行执行。为了进一步提高性能,CISC与RISC微处理器在发展的过程中都从对方借鉴了很多东西,两者在体系结构上的界限已越来越模糊。 RISC微处理器在进入后RISC时代以后,其性能的进一步提高,已不再是通过体系结构的创新得到的,而是用提高复杂度换来的。这种以复杂度换取性能的做法现在已达到收益递减点,效果已不再显著并且带来了很多问题。

为了将多媒体处理器(MMP,Multimedia Processor)的功能融入通用处理器(GPP,General-Purpose Processor),替代计算机中越来越多的各种专用的媒体及数字信号处理芯片和插卡的功能,实现对多媒体应用的支持,工业界的一个努力是在通用微处理器上扩展SIMD的多媒体处理功能,如Intel的MMX/SSE/SSE2,IBM/Motorola的AltiVec, SUN的VIS,HP的MAX-I/MAX-II,SGI/MIPS的MDMX,以及Compaq/Digital的MVI。这些努力展示了在通用微处理器中提供实时的向量处理,代替DSP的功能实现对多媒体应用的支持良好的发展前景。

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