Hardware 版 (精华区)

发信人: loveit (I do it for you), 信区: Hardware
标  题: 认识K8-CPU
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月30日12:59:26 星期五), 站内信件

认识K8-CPU
2000-06-30· ·UNIKA
　　作为计算机的核心部件,CPU具有不可替代的地位和作用.从X86微处理器诞生至今,P
C工业从286 386 486进入到了今天的PENTIUM III时代,CPU也经历了8位 16位 32位的发
展过程.CPU市场的两个巨人INTEL公司和AMD公司都还将推出WILLLIAMETTE (PENIUM IV)
和雷鸟(THUNDERBIRDS) 烈火(SPITFIRE)等X86架构的ITANIUM(代号MERCED)和AMD延续X8
6的架构K8(代号SLEDGEHAMMER"重锤").关于INTEL的产品由于介绍的比较多我就不详细地
叙述了，下面就来重点谈谈K8吧。
　　先让我们来认识一下64位的概念极其威力：未来的微机系统将向着速度更快 性能更
高 功能更强的方向迅速发展 ,32位的CPU已经不能满足技术上的要求,无论是系统还是应
用都需要64位的CPU.64位的CPU能够提供什么呢?简单的说，那就是更快的运算速度和更
大的寻址范围.64位的CPU具有64位的通用寄存器和指令系统,能进行64位整数运算和逻辑
操作,能对64位的双精度浮点数进行处理.这样,我们的CPU就能拥有更快的运算速度.另外
,64位CPU巨大的寻址范围能让我们的计算机支持更大容量的内存.可能有朋友会问:为什
么我们需要这么多内存呢?还记得"DOOM"这款3D游戏吗?那时玩3D游戏只需要4MB内存，而
现在许多游戏已至少需要64MB了.实际上,许多游戏要128MB或更多才能流畅运行.换句话
说,那就是平均每6到7年的时间,我们所需计算机内存的容量就要翻上32倍.照这样计算,
在6年到7年后,我们的计算机就至少要需要4GB的内存,而这是32位CPU的最大寻址范围.现
在,INTEL的XEON寻址范围64GB(36位),AMD的ATHLON寻址范围8000GB(43位),而一个64位的
CPU的寻址范围可达1.8*1010gb，这就意味着我们的计算机可以拥有最大180亿GB内存，
足够我们运行未来的任何软件了。
　　未来市场的64位CPU除了拥有64位运算速度和巨大的寻址范围外，CPU的传统系结构
也将发生质的改变。现在的CPU采用的都是传统的X86体系结构，随着时代的进步，这种
体系结构暴露出越来越多的弊病，它们在运行软件时好象总是显得"心有余而力不足"
　　人们除了通过提高CPU运行频率加快指令的执行速度以外，只能通过在一个时钟周期
内执行更多的指令（即通常所指的指令并行）来提高CPU的性能。但是，目前通过编译优
化增强并行性从而提高整个系统的性能受到了许多的限制。CPU市场的两个巨人INTEL和
AMD都已经意识到了这个问题，因此他们都对未来即将推出的以64位CPU-ITANIUM和K8的
结构体系进行了质的改造，而他们所做的选择又是不一样的。我们重点来看看AMD公司的
： 十年前，AMD公司的CPU同INTEL公司的产品在设计结构上并没有多大的不同，一块AM
D 486与一块INTEL 486几乎是一模一样的。
　　随着时光的推移，AMD推出了从K5到现在的K7的一系列CPU产品。现在我们至少可以
说，AMD已成功地设计了它自己的CPU 。尽管K5的设计失败了，但K6和K7系列在市场上强
有力的竞争已经表示了AMD的工程师们完全有能力设计高性能的CPU。
　　通过3DNOW！指令集，AMD做了一个大胆的尝试：它拓展了X86指令集，3DNOW！指令
是对X86体系结构的重大突破，它大大加强了CPU处理3D图形和多媒体所需要的密集浮点
运算能力。这一次，AMD又采取了一条同INTEL完全不同的 路：正如当年INTEL在设计38
6时将X86指令集从16位扩展成32位一样，AMD在设计X86-64处理器时将X86指令集从32位
扩展成了64位。而AMD的首款X86-64 CPU--K8（代号"重锤"）也将在2001年上市。
　　相对于英特尔采用的全新IA-64架构。AMD为什么要在传统的X86架构上寻求发展呢？
在从32位进展到64位的过渡阶段中，AMD认为向下兼容将会是重要的功能，因为32位的应
用程序仍占大多数，目前大多数应用程序绝少具有74位指令集功能，如此AMD X86-64架
构的设计可确保所有的32位应用程序可以正常运作，使企业无需为了确保可应用在64位
系统而花费额外经费来改进原由的系统，将系统升级成本降至最低，并提供了一个较平
缓的升级途径。
　　这种CPU将能够更快地运行无所不在的IA-32程序，就如同32位的386运行16位的程序
比16位的286快一样。AMD K8将采用一个改进过的K7内核，它拥有74位地址空间及64位数
据空间，可以同时支持既有的32位应用程序以及64位系统。AMD K8可以自动识别及自动
选用32位或64位模式，它不必在32位和64位之间转来转去，它将用64位的模式执行32位
指令，就如同386用32位模式执行16位的X86 CPU将不会是IA-64 CPU的对手。特别是在浮
点运算这一方面，尽管现在象ATHLON这样一个拥有强大的浮点运算单元的CPU，也完全不
是RISC内核的ALPHA和SUN新片的对手，因此AMD K8也不会是INTEL的ITANIUM的对手。AM
D K8和它的系列产品将在很长一段时间内在许多非IA-64的程序领域内同ITANIUM竞争。
但一旦IA-64程序成为主流后，IA-64的FPU将彻底扫荡64位的X87 FPU。
　　然而，虽然AMD的K8在64位软件中不敌INTEL的ITANIUM，但在运行当前主流的32位软
件中，AMD的K8仍将会有优异的性能，这主要得益于它的3DNOW！指令集和它采用的新一
代总线架构LDT（LIGHTNING DATA TRANSPORT）。3DNOW！在3D图形设计及多媒体程序应
用方面的优点大家都已很了解了，这里就不多说了。那么LDT又是什么呢？LDT是AMD最新
发表的下一代总线架构，是芯片与芯片内部的传输技术。支持输入、输出、双处理及多
处理功能，它能提供给个人计算机高达6.4GBPS的带宽，同现在系统最高的266MBPS的传
输速度相比，LDT总线超过目前总线架构的20倍。LDT技术的应用将使系统的综合性能得
到大幅度的提高，这将再数据读取、写入、传输等各个方面得到体现。
　　另外，LDT技术使K8在多处理器系统上也有重大的突破。当INTEL的ITANIUM还在使用
粗笨的SMP（即在一块主板上使用多个处理器）时，AMD正计划开发将多个X86-64处理器
集成在一个芯片内，这种结构称为多线程处理单元MTPU（MULTIPLE THREAD PROCESSING
 UNITS）。这样，在一个K8中就可拥有两个或更多的处理单元。这种处理单元在分别执
行特定功能时就象有两个不同的CPU一样。在运行多线程软件时（多线程软件指的是一个
程序可以分成几个部分并行运行），我们通常把那些不同的线程分配给不同的CPU（SMP
）执行。这样软件的执行速度就会大大的提高。由于K8具有多线程处理单元MTPU，因此
多线程软件可直接由MTPU来执行。MTPU相对于SMP的优点是，它们不用复制每一个过程，
也不必同时占用同一条拥挤的总线。这就意味着两个MTPU比两个CPU占用内存空间小而传
输速度更快。
　　二十一世纪我们的选择是什么呢？INTEL的ITANIUM或是AMD的K8？说实话，我也很难
说清楚这个问题。不过AMD的64位X86为众多不需要或没有能力用昂贵的代价去使用新的
IA-64软件的用户提供了一个可能的选择，这也终会为它赢得一定的市场。K8和它的系列
产品将为32位的X86程序提供优秀的性能，这将保护众多32位X86软件用户的巨大投资。
在INTEL与AMD的竞争中究竟谁会笑到最后呢？未来市场走向究竟如何？我们拭目以待。
 

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.229.114]