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上海謹荃科技有限公司
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SIEMENS6ES5948-3UR23Veriante6CPU

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CPU出現于大規模集成電路時代,處理器架構設計的迭代更新以及集成電路工藝的不斷提升促使其不斷發展完善。從初于數學計算到廣泛應用于通用計算,從4位到8位、16位、32位處理器,到64位處理器,從各廠商互不兼容到不同指令集架構規范的出現,CPU 自誕生以來一直在飛速發展。
CPU發展已經有40多年的歷史了。我們通常將其分成六個階段。
(1)階段(1971年-1973年)。這是4位和8位低檔微處理器時代,代表產品是Intel 4004處理器。
1971年,Intel生產的4004微處理器將運算器和控制器集成在一個芯片上,標志著CPU的誕生; 1978年,8086處理器的出現奠定了X86指令集架構, 隨后8086系列處理器被廣泛應用于個人計算機終端、高性能服務器以及云服務器中。
(2)第二階段(1974年-1977年)。這是8位中微處理器時代,代表產品是Intel 8080。此時指令系統已經比較完善了。
(3)第三階段(1978年-1984年)。這是16位微處理器的時代,代表產品是Intel 8086。相對而言已經比較成熟了。
(4)第四階段(1985年-1992年)。這是32位微處理器時代,代表產品是Intel 80386。已經可以勝任多任務、多用戶的作業。
1989 年發布的80486處理器實現了5級標量流水線,標志著CPU的初步成熟,也標志著傳統處理器發展階段的結束。
(5)第五階段(1993年-2005年)。這是奔騰系列微處理器的時代。
1995 年11 月,Intel發布了Pentium處理器,該處理器*采用超標量指令流水結構,引入了指令的亂序執行和分支預測技術,大大提高了處理器的性能, 因此,超標量指令流水線結構一直被后續出現的現代處理器,如AMD(Advanced Micro devices)的銳龍、Intel的酷睿系列等所采用。
(6)第六階段(2005年至2021年)。處理器逐漸向更多核心,更高并行度發展。典型的代表有英特爾的酷睿系列處理器和AMD的銳龍系列處理器。
為了滿足操作系統的上層工作需求,現代處理器進一步引入了諸如并行化、多核化、虛擬化以及遠程管理系統等功能,不斷推動著上層信息系統向前發展。

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對于CPU而言,影響其性能的指標主要有主頻、 CPU的位數、CPU的緩存指令集、CPU核心數和IPC(每周期指令數)。所謂CPU的主頻,指的就是時鐘頻率,它直接的決定了CPU的性能,可以通過超頻來提高CPU主頻來獲得更高性能。而CPU的位數指的就是處理器能夠一次性計算的浮點數的位數,通常情況下,CPU的位數越高,CPU 進行運算時候的速度就會變得越快。21世紀20年代后個人電腦使用的CPU一般均為64位,這是因為64位處理器可以處理范圍更大的數據并原生支持更高的內存尋址容量,提高了人們的工作效率。而CPU的緩存指令集是存儲在CPU內部的,主要指的是能夠對CPU的運算進行指導以及優化的硬程序。一般來講,CPU 的緩存可以分為一級緩存、二級緩存和三級緩存,緩存性能直接影響CPU處理性能。部分特殊職能的CPU可能會配備四級緩存。 [4]
CPU結構
通常來講,CPU的結構可以大致分為運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。所謂運算邏輯部件,主要能夠進行相關的邏輯運算,如:可以執行移位操作以及邏輯操作,除此之外還可以執行定點或浮點算術運算操作以及地址運算和轉換等命令,是一種多功能的運算單元。而寄存器部件則是用來暫存指令、數據和地址的。控制部件則是主要用來對指令進行分析并且能夠發出相應的控制信號。而計算機的內存又可以分為隨機存取存儲器(RAM)和只讀儲存器(ROM)。兩者的區別在于,隨機存取存儲器能夠與CPU直接的進行數據的交換,也可以將其稱為主存。對于RAM可以隨時的進行讀寫,而且這個過程的速度很快,因此由于主存所具有的這個優點也往往將其作為操作系統或其他正在運行中的程序的臨時數據存儲媒介;而只讀存儲器ROM是一種只能讀出事先所存數據的存儲器,使用者對于其內部存儲的資料沒有改變的權限也無法對其進行刪除,并且在電源關閉以后資料并不會消失。這種內存也得到了廣泛的應用,在那些資料不需要經常變更的電子或電腦系統中得到了很好地應用。 [4]
對于處理器來說,可將其看作一個規模較大的集成電路,其主要任務是加工和處理各種數據。傳統計算機的儲存容量相對較小,其對大規模數據的處理過程中具有一定難度,且處理效果相對較低。隨著我國信息技術水平的迅速發展,隨之出現了高配置的處理器計算機,將高配置處理器作為控制中心,對提高計算機CPU的結構功能發揮重要作用。處理器中的核心部分就是控制器、運算器,其對提高計算機的整體功能起著重要作用,能夠實現寄存控制、邏輯運算、信號收發等多項功能的擴散,為提升計算機的性能奠定良好基礎。

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