二、按处理器架构划分
无论是PC领域,还是本文所要介绍的服务器领域,关于CPU类型的术语都很之多,如IA-32、IA-64、x86-32、x86-64、RISC、CISC、EPIC、VLIW等,到底这些术语之间有什么联系和区别,许多朋友都分不清。其实以上这些术语总体是属于两种分类标准,其中之一就是处理器的架构,如IA-32、IA-64、x86-32、x86-64;另一个就是处理的指令执行方式,如RISC、CISC、VLIW、EPIC。本文仅对以上术语的分类方法进行简单介绍,具体的技术和产品将在后面篇周详介绍。本节先来介绍按处理器架构的划分方法。
1、x86
虽然上面说了按处理器架构分的话,现在就术语本身来说主要有四种说法,即IA-32、IA-64、x86-32、x86-64,但是其实他们分属于两类,IA-32、x86-32、x86-64都属于x86,即英特尔的32位x86架构,x86-64是AMD在其最新的Athlon 64处理器系列中采用的新架构,但这一处理器基础架构还是IA-32(因英特尔的x86架构并未申请专利保护,所以绝大多数处理器厂商为了保持和Intel的主流处理器兼容,都不得不采用这一x86架构),只是在此架构基础之上作了一些扩展,以支持64位程式的应用,进一步提高处理器的运算性能。x86-64相比Intel的64位服务器处理器产品Itanium和 Itanium 2系列处理器产品来说最大的长处就是能够全面兼容以前的32位x86架构的应用程式,保护以用户以前的投资;而Intel的Itanium和 Itanium 2系列处理器需要另外通过软件或硬件来实现对以前32位程式的兼容。
正因如此,以后我们看到诸如IA-32、x86-32、x86-64要清楚,其实他们都是一类型的,都属于x86架构的。如Intel的32位服务器Xeon(至强)处理器系列、AMD的全系列,更有VIA的全系列处理器产品都属于x86架构的。
2、 IA-64
IA-64架构是英特尔为了全面提高以前IA-32位处理器的运算性能,是Intel和Hp一起研发了6年的64位CPU架构,是专为服务器市场研发的一种全新的处理器架构,他放弃了以前的x86架构,认为他严重阻碍了处理器的性能提高。他的最初应用是英特尔的Itanium(安腾)系列服务器处理器,现在最新的Itanium 2系列处理器也是采用这一架构的。由于他不能很好地解决和以前32位应用程式的兼容,所以应用受到较大的限制,尽管现在Intel采取了各种软、硬方法来弥补这一不足,但随着AMD Operon处理器的全面投入,Intel的IA-64架构的这两款处理器前景不容乐观。
3、RISC架构
除了以上所介绍的两类IA架构的服务器处理器外,更有一种主流的处理器架构,也可称之为“RISC”(其实他是一种按处理器指令执行方式划分的类型)。采用这一架构的仍是IBM、SUN和HP等。但是近几年由于这一处理器架构标准没有完全统一、处理器的发展和应用很缓慢,使得原来本占有的绝大多数中高档服务器市场被IA架构瓜分了大部分江山,已是日趋衰落。现在连这几家服务器厂商也开始了自己放弃,转投IA旗下,推出越来越多的IA架构服务器,以保生存。
现在采用这一架构的主要服务器处理器有IBM的Power4、Compaq Alpha 21364、HP PA-8X00、Sun的UltraSPARC III、SGI的MIPS 64 20Kc等。
三、按处理器的指令执行方式分
前面介绍了按处理器架构旬分的方法,下面再介绍一下按处理呖呖指令执行方式划分的标准。在前面已介绍到,现在服务器处理器的指令执行方式主要有RISC、CISC、VLIW和EPIC这几种。也有人把Intel的EPIC归为VLIW。
1、CISC架构服务器
CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”,即“复杂指令系统电脑”。自PC机诞生以来,32位以前的处理器都采用CISC指令集方式。
在CISC微处理器中,程式的各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的长处是控制简单,但机器各部分的利用率不高,执行速度慢。由于这种指令系统的指令不等长,指令的条数比较多,编程和设计处理器时都较为麻烦。但基于CISC指令架构系统设计的软件已很普遍,所以微处理器厂商一直在走CISC的发展之路,包括Intel、AMD,更有其他一些现已更名的厂商,如TI、Cyrix,连同现在的VIA等的32位以前处理器。在服务器处理器方面,CISC架构服务器CPU主要有Intel的32位及以前Xeon(至强)的P Ⅲ、PⅡ处理器等,AMD的全系列等。
2、RISC架构服务器
RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”,中文名为“精简指令集计算”。有人对CISC机进行测试表明,各种指令的使用频度相当悬殊,最常使用的是一些比较简单的指令,他们仅占指令总数的20%,但在程式中出现的频度却占80%。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性,使微处理器研制时间长、成本高。复杂指令需要复杂的操作,从而降低了机器的速度。70年代末,John Cocke提出精简指令的想法。80年代初斯坦福大学研制出MIPS机,为精简指令系统电脑(RISC)的诞生和发展起了很大作用。RISC微处理器不但精简了指令系统,还采用超标量和超流水线结构,大大增强了并行处理能力。1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构,这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。
由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快,世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。如原DEC的Alpha 21364、IBM的Power PC G4、HP的PA-8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC II。这些RISC芯片的工作频率一般较低,功率消耗少,温升也少,机器不易发生故障和老化,提高了系统的可靠性。如SGI的R12000A微处理器主要靠改进微处理器的体系结构来提高处理器的总体性能,使运行应用程式时速度加快。现在中、高档服务器中也是绝大多数是采用RISC指令系统的,RISC微处理器取得成功的主要是由于指令集简化后,流水线连同常用指令均可用硬件执行,采用大量的寄存器,使大部分指令操作都在寄存器之间进行,提高了处理速度。另一方面是RISC指令系统采用“缓存-主存-外存”三级存储结构,使取数和存数指令分开执行,使处理器能够完成尽可能多的工作,且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。
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