关于CPU的论述

1、关于CPU的论述姓名：张爽爽 专业：电子信息工程 学号：201202020074对我而言，在学微机原理之前对CPU的了解仅限于它是计算机的大脑这个层面，具体的讲也就是购电脑时比较下是Intel几代的处理器罢了，可谓是认识非常的局限。在写这篇论述的前，我恶补了一下关于CPU的知识，不知道怎么的看完竟然心里很沉重，本以为这是个再普通不过的，很好应付的作业了。但是看完诸多的论述后，竟然觉得一点都轻松，从一个中国人角度出发更觉得很沉重，我认为这次作业不能再不过脑的抄抄了之了，虽然我没什么能力去改变中国CPU的现状，但是很有必要去说些什么，压在心里话。在文库中浏览着诸多的文档，“神州龙芯”几个字刺痛了我

2、的双眼，但心里却有一丝激动，突然有想考研去研究CPU的冲动，一直以来我就是一个民族自豪感和归属感很强的人，虽然我是所谓的“女流之辈”。我了解到我们的龙芯性能落后、配套不足是没有市场的一方面，但我们可以打低端上网本市场啊，而最主要还是不能使用X86指令集，虽然我不太懂指令的知识，但我知道X86有很多指令集Intel和AMD都有专利保护也不会卖给中国人，我们的龙芯就做成了MIPS指令集，不能使用X86指令集制作CPU也就意味着不能装X86指令集的windows系统，目前只能装linux系统，那对于个人电脑来说需求不是很大，也就是没有什么市场了。不得不承认我们的信息时代慢了不止一步这个事实，但是我相

3、信龙芯一定会突破这个瓶颈最终走向市场，到那时候我们每个中国人都有一个中国芯。同时我还去刻意了解了Intel和AMD公司处理器的发展史，在感叹他们波澜壮阔的发展历史和激烈的“厮杀”比拼之余，我更去查询了“龙芯”的发展与现状。总体上这篇论述从以下四个方面去写，第一是简述CPU的作用和重要性，第二是国外CPU的发展主要是Intel和AMD两个巨头公司，第三部分是写中国“龙心”的发展，第四部分是我个人的一些想法和看法。我把这篇论述的重点放在第三部分和第四部分，专业的术语和学术性的东西太少也是由于本人的学识有限，还望老师理解，同时我也觉得如果是抄袭他人的专业论文还不如不浪费时间，况且我们学习这个阶段也没

4、有这个认识和见地。一 CPU的重要性CPU(CentralProcessingUnit)，被称为中心处理器或者Microprocessor微处理器。CPU是计算机的核心，其重要性好比心脏对于人一样。实际上，处理器的作用和大脑更相似，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。CPU的种类决定了使用的操作系统和相应的软件，CPU的速度决定了计算机有多强大，当然越快、越新的CPU价格也会越高。CPU的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的酷睿系列，只经过了二十多年的时间。这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位微处理器、8位微处理

5、器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。它的发展不只如此，近年来它又由单核向多核发展，但它的性能指标依旧十分重要。简单介绍一些CPU主要的性能指标：第一、主频，倍频，外频。经常听别人说：“这个CPU的频率是多少多少。”其实这个泛指的频率是指CPU的主频，主频也就是CPU的时钟频率，英文全称：CPUClockSpeed，简单地说也就是CPU运算时的工作频率。一般说来，主频越高，一个时钟周期里面完成的指令数也越多，当然CPU的速度也就越快了。不过由于各种各样的CPU它们的内部结构也不尽相同，所以并非所有的时钟频率相同的CP

6、U的性能都一样。至于外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者是有十分密切的关系的：主频=外频x倍频。第二：内存总线速度，英文全称是Memory-BusSpeed。CPU处理的数据从主存储器那里来的，而主存储器指的就是内存。一般放在外存（磁盘或者各种存储介质）上面的资料都要通过内存，再进入CPU进行处理的。所以与内存之间的通道枣内存总线的速度对整个系统性能就显得很重要了，内存总线速度就是指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。第三、扩展总线速度，英文全称是Expansion-BusSpeed。扩展总线指的就是指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PC

7、I总线，扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。第四：工作电压，英文全称是：SupplyVoltage。任何电器在工作的时候都需要电，自然也会有额定的电压。二 国外CPU发展史（Intel和AMD）Intel公司成立于1968年，格鲁夫、诺依斯和摩尔是微电子业界的梦幻组合.1971年1月，Intel公司的霍夫(MarcianE.Hoff)研制成功世界上第一枚4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器问世。1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004包含2300个晶体

8、管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。1976年,Intel发布8085处理器。Zilog公司于1976年对8080进行扩展,开发出Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控

9、制设备。直到今天，Z80仍然是8位处理器的巅峰之作，还在各种场合大卖特卖。CP/M就是面向其开发的操作系统。许多著名的软件如:WORDSTAR和DBASEII都基于此款处理器。1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。Intel在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器8088。1979年6月1日，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。1985年10月，Intel推出16MHz80386DX微处理器1989年4月，Intel推出25MHz486微处理器。1995年11月1日，Intel推出了PentiumPro处理器。1996

10、年1月4日：Intel发布150&166MHzPentium处理器，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发布233MHz PentiumMMX。1998年2月：Intel发布333MHzPentiumII处理器，开发代号为Deschutes。2004年Intel公司推出代号为Nocona内核的64位至强处理器，是英特尔迄今为止推出的最成功的企业级64位服务器产品。2005年推出基于Smithfield核心的双核心英特尔PentiumD处理器。2006年推出Core（酷睿）架构处理器。2007年：Intel四核心服务器用处理器

11、2008年11月17日：英特尔发布core i7处理器2010年八核处理器的诞生。2014年推出Ivy Bridge-EX拥有最多15核心。而曾经和英特尔一衣带水的AMD处理器发展过程如下：AMD386(1991年)微处理器，核心代号P9。AMD486DX(1993年)微处理器，核心代号P4。AMDK6(1997年)处理器是与IntelPentiumMMX同档次的产品。K6-2(1998年)系列微处理器曾经是AMD的拳头产品。1999年AMD推出K7和英特尔开展前所未有的竞争。2001年10月AMD推出了K8架构。2007下半年AMD推出K10架构。AMD在2011年第三季度发布FX-8150

12、、FX-8100、FX-6100和FX-4100四款型号。2014年AMD推出FX-9370Eight-Core位居排行榜32位，而前31位均为英特尔产品。三 中国芯的发展史2002年8月，“龙芯”1号研制成功。龙芯一号CPU是神州龙芯公司推出的兼顾通用及嵌入式CPU特点的新一代32位CPU，是以中国科学院计算技术研究所研制的通用CPU为核心，由神州龙芯公司拥有知识产权。基于0.18微米CMOS工艺的龙芯一号32位微处理器的投片成功，并通过了以SPECCPU2000为代表的一批性能和功能测试程序的严格测试，标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了零的突破，打破了我国长期依赖国外CPU产品的无

13、芯的历史，也标志着国产安全服务器CPU和通用的嵌入式微处理器产业化的开始。龙芯一号在通用CPU体系结构设计方面采用了许多先进的微处理器的设计与实现技术，在动态流水线的具体实现和硬件对系统安全性的支持方面，有独特创新，并申请了专利。龙芯一号CPU在片内提供了一种特别设计的硬件机制，可以抗御缓冲区溢出攻击。在硬件上根本抵制了缓冲区溢出类攻击的危险，从而大大的增加的服务器的安全性。龙芯一号CPU可以运行大量的现有应用软件与开发工具。支持最新版本的Linux、VxWork，等操作系统。基于龙芯一号CPU的服务器，可以运行ApacheWeb、FTP、Email、NFS、X-Window等服务器软件。这是

14、我国打破国外垄断，初步掌握当代CPU设计的关键技术，为改变我国信息产业芯的局面迈出了重要的一步。2005年4月26日，龙芯二号正式面世，中国科学院命名其为“毛泽东110”（）。其性能超过威盛，达到英特尔奔腾3水平的芯。龙芯2号是一枚64位CPU，采用四发射超标量超流水结构，一级指令和数据高速缓存各64KB，二级高速缓存最多达8MB，频率最高为500MHz，功耗3-5瓦。龙芯2E项目在2005年5月启动，2006年3月17日拿到龙芯2E芯片并联调成功，5月23日通过863专家组组织的测试。2007年7月31日，龙芯2F（代号PLA80）流片成功。龙芯2F为龙芯第一款产品芯片。龙芯2F是一款低功耗

15、、低成本、高性能的系统芯片。它采用90纳米工艺，片内集成了龙芯2号CPU核、DDR2内存控制器、PCI/PCIX控制器、LocalI/O控制器等重要IP，晶体管数目达5100万个。与去年推出的龙芯2E相比，功耗降低了40。2008年3月，北京龙芯中科技术服务中心有限公司正式成立，龙芯开始产业探索。2009年9月28日，我国首款四核CPU龙芯3A（代号PRC60）流片成功。2010年9月，龙芯大CPU系列的首款多核处理器产品龙芯3A开始量产，中CPU系列的最新产品龙芯2G流片成功。2011年初，龙芯一号系列芯片家族中的新成员龙芯1B芯片流片成功。2012年10月，龙芯3B 1500流片成功。2013年4月，龙芯1C芯片流片成功。2014年3月19日，龙芯1D芯片的量产版本（LS1D4）完成流片封装。龙芯”的问世不仅仅在于中国自主研发出了自己的CPU产品，其更深层次的意义在于它穿透了困扰在中国科技人员心中的一团迷雾，凭借着自身的技术研发实力，中国同样可以自己研发生产出被国外垄断的产品。目前我们很多人对国货表现出一贯的不信任，尤其数码产品等。日本人就很善于引进外国技术，然后学习、模仿、创新，中国人同样也有这种精神。中国既然可以在艰难条件下研发两弹一星，在