微處理器

　　自從人類1947年發(fā)明晶體管以來，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導(dǎo)體技術(shù)對整個社會產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計算機內(nèi)部對數(shù)據(jù)進行處理并對處理過程進行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱為“微處理器”。需要注意的是：微處理器本身并不等于微型計算機，僅僅是微型計算機的中央處理器。

　　微處理器已經(jīng)無處不在，無論是錄像機、智能洗衣機、移動電話等家電產(chǎn)品，還是汽車引擎控制，以及數(shù)控機床、導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等都要嵌入各類不同的微處理器。微處理器不僅是微型計算機的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。國際上的超高速巨型計算機、大型計算機等高端計算系統(tǒng)也都采用大量的通用高性能微處理器建造。

　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　16位微處理器（圖中為8086微處理器）可分成兩個部分，一部分是執(zhí)行部件(EU)，即執(zhí)行指令的部分；另一部分是總線接口部件(BIU)，與8086總線聯(lián)系，執(zhí)行從存儲器取指令的操作。微處理器分成EU和BIU后，可使取指令和執(zhí)行指令的操作重疊進行。EU部分有一個寄存器堆，由8個16位的寄存器組成，可用以存放數(shù)據(jù)、變址和堆棧指針、算術(shù)運算邏輯單元(ALU)執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯操作，標(biāo)志寄存器寄存這些操作結(jié)果的條件。執(zhí)行部件中的這些部件是通過數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的?？偩€接口部件也有一個寄存器堆，其中CS、DS、SS和ES是存儲空間分段的分段寄存器。IP是指令指針。內(nèi)部通信寄存器也是暫時存放數(shù)據(jù)的寄存器。指令隊列是把預(yù)先取來的指令流存放起來?？偩€接口部件還有一個地址加法器，把分段寄存器值和偏置值相加，取得20位的物理地址。數(shù)據(jù)和地址通過總線控制邏輯與外面的8086系統(tǒng)總線相聯(lián)系。

　　微處理器的分類

　　根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域，微處理器大致可以分為三類：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號處理器、微控制器。一般而言，通用處理器追求高性能，它們用于運行通用軟件，配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng)；嵌入式微處理器強調(diào)處理特定應(yīng)用問題的高性能，主要用于運行面向特定領(lǐng)域的專用程序，配備輕量級操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話、CD播放機等消費類家電；微控制器價位相對較低，在微處理器市場上需求量最大，主要用于汽車、空調(diào)、自動機械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。

　　CPU是Central Processing Unit（中央微處理器）的縮寫，它是計算機中最重要的一個部分，由運算器和控制器組成。如果把計算機比作人，那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速，個人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium 4時代，只經(jīng)過了二十一年的時間。

　　中國研發(fā)

　　2004年2月18日，由清華大學(xué)自主研發(fā)的32位微處理器THUMP芯片終于領(lǐng)到了由國家教育部頒發(fā)的“身份證”：典型工作頻率400MHz，功耗1.17mW/MHz，芯片顆粒40片，最高工作頻率可達500MHz，是目前國內(nèi)工作頻率最高的微處理器。 “這標(biāo)志著我國在自主研發(fā)CPU芯片領(lǐng)域邁開了實質(zhì)性的一大步。”教育部對THUMP的誕生給予了較高評價。

　　在龍芯1號、龍芯2號的基礎(chǔ)上，中國正在自主研發(fā)新一代的龍芯3號。

　　龍芯3A的工作頻率為900MHz～1GHz，功耗約15W，頻率為1GHz時雙精度浮點運算速度峰值達到每秒160億次，單精度浮點運算速度峰值每秒320億次。龍芯3A采用意法半導(dǎo)體公司（STMicro）65納米CMOS工藝生產(chǎn)，晶體管數(shù)目達4.25億個，芯片采用BGA封裝，引腳的數(shù)目為1121個，功耗小于15瓦。 龍芯3A集成了四個64位超標(biāo)量處理器核、4MB的二級Cache、兩個DDR2/3內(nèi)存控制器、兩個高性能HyperTransport控制器、一個PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I/O控制器。龍芯3A的指令系統(tǒng)與MIPS64兼容并通過指令擴展支持X86二進制翻譯。龍芯3號在包括服務(wù)器、高性能計算機、低能耗數(shù)據(jù)中心、個人高性能計算機、高端桌面應(yīng)用、高吞吐計算應(yīng)用、工業(yè)控制、數(shù)字信號處理、高端嵌入式應(yīng)用等產(chǎn)品中具有廣闊的市場應(yīng)用前景。