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<P> 兄弟不才，今天想凑凑热闹，给由来已久的CPU口水仗再多泼盆吐沫。<BR> 当然，我的水平距离能够讨论CPU的程度还差的很远，也可能这一辈子都不配谈论CPU。<BR> 但是今天喝多了，也不怕丢人，瞎吹吧。反正大家见过的只会吹的人也海了去了。<BR>就象会C语言，但是你还是设计不出来操作系统一样；我懂些VHDL，这种硬件描述语言理论上能设计出来CPU,但是让我谈论CPU的话，就相当于一个刚学会QBASIC语言的人给你们讲解Linux操作系统。</P>
<P>CPU严格来说应该包括个人电脑，大型工作站，以及一切嵌入式设备上的CPU。这么多里边，使用最广泛，最低廉的，莫过于Intel公司首创的8051单片机。这个单片机虽然简陋，但是麻雀随小，五脏俱全。必要时可以用它来说明许多现代CPU中的一些概念。<BR></P>
<P>为了比较Intel和AMD的CPU，并且顺便谈谈其他CPU，我们要明白的概念有：<BR>1）冯.诺依曼结构(操，姓冯的就是牛逼，传说在诺依曼他们村，冯这个姓氏表示贵族，骑士团王国的后裔)和哈佛结构<BR>2) 2级缓存对CPU的作用<BR>3) 缓存的类型<BR>4）2级缓存对外设，诸如显卡的作用<BR>5) 操作系统为了管理内存，它需要什么样的CPU</P>
<P>一，冯.诺依曼是单总线，哈佛是双总线，数据空间和指令空间分开。</P>
<P> 一条总线包括了数据线，地址线，控制线一共三组。<BR> 数据线一般而言是和字宽相等的，如32位机里一般数据线都是32根；<BR> 地址线则不这么确定，按道理说每一进程4G内存的话，必然需要2的32次方=4G，32根地址线才够用。<BR> 但是事实上，如8086，采用了段地址与偏移地址先错位，再相加的方式，于是内部16根地址线到了外部就变成了20根。<BR> 那得到了外部地址线的宽度，是不是就确定了地址线的根数了呢？还没！<BR> 比如SDRAM，运用在RISC(精简指令集计算机)上，要寻址的话，它并不是一次把地址并行输出，而是内存的存储单元排成了一个矩阵，这个地址要分两次输出，一次选行，一次选列。<BR> 这个矩阵的长高不确定的话，你实际的列并行输出宽度，行并行输出宽度都不确定。同时在输出行，列地址之间等待的时间间隔也很不一样。<BR> 现在个人电脑最常用的是DDRAM内存，这个内存我没有用过，但是可以确定的是，这种内存也绝对不是并行输出一次地址就可以寻址。并且以后的内存都不太可能采用这种方式，他们至少要包括行，列地址。<BR> 有人就要问，内存寻址既然有这么多方式，那么CPU如何知道它应该采用那种方式呢？<BR> 对，有一个单元，有人叫它内存控制器吧？这个单元可以包容很多种寻址方式，这个东西AMD把它集成在了CPU里边，Intel做在了主板上。<BR> 于是AMD的CPU，主板都不得不同时和内存配套。<BR></P>
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<P>二，2级缓存最广泛的说法就是预取指令，事实上现代CPU都普遍支持指令cache和数据cache。两种缓存是分开的。<BR> 由于从内存取需要等待比较长的时间，所以CPU的硬件机制会把当前指令后边的好几条指令预先取入CPU中，同时硬件还实现了一种算法，来淘汰掉缓存中认为是很少访问中的内容。<BR> 缓存的大小，和淘汰的算法很大程度上决定了CPU的速度<BR>三，缓存分为两种，一种叫写通型，一种叫写回型。<BR> 写通既当CPU得到运算结果，要保存数据时，先修改缓存中的数据，并同时修改这块缓存所对应的内存中的数据。<BR> 写回既cpu只把结果写入缓存，当这块缓存要被淘汰的时候，才把缓存内容写入到对应的内存地址中去。<BR> 一般而言，使用写回型缓存对硬件设计以及软件设计的要求要比写通型高，但是可以达到更快的速度，是一种更加先进的做法。<BR> 这方面，Intel无疑牛逼<BR></P>
<P>四，缓存只影响CPU的速度吗？<BR> NO!CPU和外设之间的通讯，虽然这些年新的手段不断出来，比如IIC,IIS,SIO，但是有一种手段是一直使用了30多年，现在还占主导地位，广泛应用中。<BR> 就是DMA传送方式，DMA传送是使用的总线，你可以把DMA控制器想象成另一个简单的CPU。<BR> 外设请求DMA控制器，DMA则请求CPU放弃使用总线，CPU应答DMA，DMA再应答外设。OK，这时候CPU就放弃使用总线了，它只执行缓存里边的指令，暂时不需要使用总线。<BR> 于是DMA拿过来总线，就象一个CPU一样，开始控制外设，内存之类的东西。<BR> 毫无疑问，缓存越多，DMA可以使用总线的时间就越多。DMA一般都是控制的硬盘，显卡........<BR> Intel和AMD谁的缓存多呢？这是一个关系到显卡，硬盘等外设效果的问题。<BR></P>
<P>五，我们必须承认，从操作系统的角度看，在CPU的设计上，Intel和AMD的产品做的都更象我们这个论坛做出来的产品，一个字，烂！<BR> 目前就我看到的，用过的，我认为ARM的CPU无疑是相当牛逼的。<BR> 但是Intel做的烂，是为了兼容它以前的产品，8088,80286等等，所有逻辑地址到物理地址的变换又得选段，又得选页。<BR> 而操作系统上，无论Linux和windows，都使用的flat模型，他们都没有使用奔腾的段地址变换，直接每段都代表0~4G。同时又都必须使用页地址变换。<BR> 不仅如此，其他的操作系统，如OSII，vxworks等，也都没有使用这个段机制，但页机制是必须的。<BR> 段机制除了给编程制造麻烦外，没有什么其他作用。如果你不在玩DOS的黄色小游戏的话。<BR> 不过我就纳闷AMD了，人家Intel是考虑自己的用户群的利益，兼容以前的机器，所以做出来这么个四不象，AMD这是干嘛？</P>
<P> 还没说完，暂时先这五点，要说的多了，以后还会说。 </P> |
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