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　　cpu為什么能計算:

　　在了解CPU工作原理之前，我們先簡單談談CPU是如何生產出來的。CPU是在特別純凈的硅材料上制造的。一個CPU芯片包含上百萬個精巧的晶體管。人們在一塊指甲蓋大小的硅片上，用化學的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個意義上說，CPU正是由晶體管組合而成的。簡單而言，晶體管就是微型電子開關，它們是構建CPU的基石，你可以把一個晶體管當作一個電燈開關，它們有個操作位，分別代表兩種狀態(tài):ON(開)和OFF(關)。這一開一關就相當于晶體管的連通與斷開，而這兩種狀態(tài)正好與二進制中的基礎狀態(tài)“0”和“1”對應!這樣，計算機就具備了處理信息的能力。

　　但你不要以為，只有簡單的“0”和“1”兩種狀態(tài)的晶體管的原理很簡單，其實它們的發(fā)展是經過科學家們多年的辛苦研究得來的。在晶體管之前，計算機依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機械開關來處理信息。后來，科研人員把兩個晶體管放置到一個硅晶體中，這樣便創(chuàng)作出第一個集成電路，再后來才有了微處理器。

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　　CPU依靠指令來自計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強弱也是CPU的重要指標，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。從現(xiàn)階段的主流體系結構講，指令集可分為復雜指令集和精簡指令集兩部分(指令集共有四個種類)，而從具體運用看，如Intel的MMX(Multi Media Extended，此為AMD猜測的全稱，Intel并沒有說明詞源)、SSE、SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)、SSE3、SSE4系列和AMD的3DNow!等都是CPU的擴展指令集，分別增強了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。通常會把CPU的擴展指令集稱為”CPU的指令集”。SSE3指令集也是規(guī)模最小的指令集，此前MMX包含有57條命令，SSE包含有50條命令，SSE2包含有144條命令，SSE3包含有13條命令。從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內核電壓和I/O電壓兩種，通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中內核電壓的大小是根據CPU的生產工藝而定，一般制作工藝越小，內核工作電壓越低;I/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題。

　　CISCCISC指令集，也稱為復雜指令集，英文名是CISC，(Complex Instruction Set Computing的縮寫)。在CISC微處理器中，程序的各條指令是按順序串行執(zhí)行的，每條指令中的各個操作也是按順序串行執(zhí)行的。順序執(zhí)行的優(yōu)點是控制簡單，但計算機各部分的利用率不高，執(zhí)行速度慢。其實它是英特爾生產的x86系列(也就是IA-32架構)CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是新起的X86-64(也說成AMD64)都是屬于CISC的范疇。要知道什么是指令集還要從當今的X86架構的CPU說起。X86指令集是Intel為其第一塊16位CPU(i8086)專門開發(fā)的，IBM1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU-i8088(i8086簡化版)使用的也是X86指令，同時電腦中為提高浮點數據處理能力而增加了X87芯片，以后就將X86指令集和X87指令集統(tǒng)稱為X86指令集。雖然隨著CPU技術的不斷發(fā)展，Intel陸續(xù)研制出更新型的i80386.i80486直到過去的PII至強、PIII至強、Pentium 3，Pentium 4系列，最后到今天的酷睿2系列、至強(不包括至強Nocona)，但為了保證電腦能繼續(xù)運行以往開發(fā)的各類應用程序以保護和繼承豐富的軟件資源，所以Intel公司所生產的所有CPU仍然繼續(xù)使用X86指令集，所以它的CPU仍屬于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU(如AMD Athlon MP、)都使用X86指令集，所以就形成了今天龐大的X86系列及兼容CPU陣容。x86CPU主要有intel的服務器CPU和AMD的服務器CPU兩類。

　　RISCRISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ”的縮寫，中文意思是“精簡指令集”。他是由John Cocke(約翰·科克)提出的，John Cocke在IBM公司從事的第一個項目是研究Stretch計算機(世界上第一個“超級計算機”型號)，他很快成為大型機專家。1974年，Cocke和他領導的研究小組開始嘗試研發(fā)每秒能夠處理300線呼叫的電話交換網絡。

　　為了實現(xiàn)這個目標，他不得不尋找一種辦法來提高交換系統(tǒng)已有架構的交換率。1975年，John Cocke研究了IBM370 CISC(Complex Instruction Set Computing，復雜指令集計算)系統(tǒng)，對CISC機進行測試表明，各種指令的使用頻度相當懸殊，最常使用的是一些比較簡單的指令，它們僅占指令總數的20%，但在程序中出現(xiàn)的頻度卻占80%。復雜的指令系統(tǒng)必然增加微處理器的復雜性，使處理器的研制時間長，成本高。并且復雜指令需要復雜的操作，必然會降低計算機的速度?；谏鲜鲈颍?0世紀80年代RISC型CPU誕生了，相對于CISC型CPU,RISC型CPU不僅精簡了指令系統(tǒng)，還采用了一種叫做“超標量和超流水線結構”，大大增加了并行處理能力。

　　RISC指令集是高性能CPU的發(fā)展方向。它與傳統(tǒng)的CISC(復雜指令集)相對。相比而言，RISC的指令格式統(tǒng)一，種類比較少，尋址方式也比復雜指令集少。當然處理速度就提高很多了。在中高檔服務器中普遍采用這一指令系統(tǒng)的CPU，特別是高檔服務器全都采用RISC指令系統(tǒng)的CPU。

　　RISC指令系統(tǒng)更加適合高檔服務器的操作系統(tǒng)Windows 7，Linux也屬于類似Windows OS(UNIX)的操作系統(tǒng)。RISC型CPU與Intel和AMD的CPU在軟件和硬件上都不兼容。在中高檔服務器中采用RISC指令的CPU主要有以下幾類：PowerPC處理器、SPARC處理器、PA-RISC處理器、MIPS處理器、Alpha處理器。

　　IA-64EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers，精確并行指令計算機)是否是RISC和CISC體系的繼承者的爭論已經有很多，單以EPIC體系來說，它更像Intel的處理器邁向RISC體系的重要步驟。

　　從理論上說，EPIC體系設計的CPU，在相同的主機配置下，處理Windows的應用軟件比基于Unix下的應用軟件要好得多。Intel采用EPIC技術的服務器CPU是安騰Itanium(開發(fā)代號即Merced)。它是86位處理器，也是IA-64系列中的第一款。微軟也已開發(fā)了代號為Win64的操作系統(tǒng)，在軟件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后，它又轉而尋求更先進的86-bit微處理器，Intel這樣做的原因是，它們想擺脫容量巨大的x86架構，從而引入精力充沛而又功能強大的指令集，于是采用EPIC指令集的IA-64(x92)架構便誕生了。IA-64 (x92)在很多方面來說，都比x86有了長足的進步。突破了傳統(tǒng)IA32架構的許多限制，在數據的處理能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可用性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。

　　IA-64微處理器最大的缺陷是它們缺乏與x86的兼容，而Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件，它在IA-64處理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解碼器，這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器，也不是運行x86代碼的最好途徑(最好的途徑是直接在x86處理器上運行x86代碼)，因此Itanium 和Itanium2在運行x86應用程序時候的性能非常糟糕。這也成為X86-64產生的根本原因。