64位CPU可以快速而地执行应用程序,允许程序人员在设计程序时可以使用比以往更大的数据库和存储空间,可以处理很复杂的计算模型。简单地说,EPIC处理器由编译程序分析指令之间的依赖关系;然后将没有依赖关系的指令组合成群;后由内置的执行单元读入指令群并分头并行执行。由于各条指令究竟分配给哪个单元是由编译器来决定的,而不是由硬件进行调度,因此降低了处理器的制造成本。
过去的微处理器主频大多比较低,不断提高主频、降低线宽、采用超流水、多发射等技术是提高处理器性能的主要设计方法,处理器主频高低几乎成为微处理器性能强弱的代名词。随着主频持续增长在物理设计上出现了一些困难。特别是处理器性能增长速度远低于处理器主频的增长速度。以Intel公司微处理器发展历史为例,从I486发展到Pentium 4,处理器主频增长了15倍,但性能才提高5倍。另外传统的提方法易导致芯片面积增大、功耗过大、晶体管数量过多等一系列问题。随着处理器设计技术和生产工艺的发展,处理器突破性的性能提升还依赖处理器的结构更新。
RISC(全称Reduced Instruction Set Computer,精简指令系统计算机)是一套优化过的指令架构,它是根据的80/20法则所订立。计算机科学家们发现,计算机中80%的任务只是动用了大约20%的指令,而剩下20%的任务才有机会使用到其他80%的指令。如果对指令系统作相应的优化,就可以从根本上快速提高处理器的执行率。
在以往,这种多操作系统技术于超级计算机领域,但Intel决定让PC也拥有同样的功能,并发展出一套名为“Van-derpool”的技术。要在同一个硬件平台上同时生成两套操作环境并不容易,Vanderpool如何解决二者可能存在的冲突问题?Intel引入了一项名为“VMM (virtual machine monitor,虚拟机监控器)”的技术解决了问题。,Vanderpool在硬件平台上分别构建了隔绝的逻辑区,每个逻辑区都包含完整的运作状态,它们包括处理器的运算资源和内存资源;其次,VMM可对处理器、内存和其他硬件资源进行统一的管理和分配,确保每个操作环境都可以获得相应的计算资源,由此多个操作环境同步运作。这样在用户看来,他所面对的就是两套同步运行,且完全立的操作环境。而常规的计算机系统只有三层逻辑结构,自上而下分别是应用软件、操作系统和底层硬件,未有起衔接作用的”虚拟机”层。
功耗过高可以说是目前X86处理器所遇到的大问题。Pre Scott核心的Pentium 4处理器功耗突破100瓦大关,而Pentium 4 600系列更将达到130瓦的惊人水平,这不仅仅意味着大量的能源消耗,系统稳定性也成问题。
然而,CPU所消耗的这些能源绝大多数都没有得到利用,其有效利用率竟然只有0.1%的低水平。在去年2月份召开的“国际固态电路年会”上,与会对此问题提出许多积极的意见。
其中,东京大学的Takayasau Sakurai在会上发表一项电压和频率缩放技术,该技术可根据软件的负载情况来直接调整晶体管的阂值电压,如果系统执行的是需要大量计算的任务,处理器便会以快的时钟频率和高的电压运行。如果该技术能被未来的微处理器所采纳,能源浪费现象将可得到很大程度的缓解。
CPU发展已经有多年的历史了,这期间,按照其处理信息的字长,CPU可以分为:4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及新的64位微处理器,可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。微机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件,以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器MP(Micro Processor)为核心,所构造出的计算系经过30多年的发展,微处理器的发展大致可分为:
单片机按应用范围又可分成通用型和型。型是针对某种特定产品而设计的,例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中,又可按字长分为4位、8位、16/32位,虽然计算机的微处理器现在几乎是32/64位的天下,8位、16位的微处理器已趋于萎缩,但单片机情况却不同,8位单片机成本低,价格廉,便于开发,其性能能满足大部分的需要,只有在航天、汽车、机器人等高技术领域,需要高速处理大量数据时,才需要选用16/32位,而在一般工业领域,8位通用型单片机,仍然是目前应用广的单片机。
到目前为止,中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程,随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面,单片机课程的教学也有从传统的8位处理器平台向32位RISC处理器平台转变的趋势,但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域,尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内急需单片机人才的行业。行业目前有超过10余万名从事单片机开发应用的工程师,但面对嵌入式系统工业化的潮流和我国大力推动建设“嵌入式软件工厂”的机遇,我国的嵌入式产品要融入国际市场,形成产业,则必将急需大批单片机应用型人才,这为高职类学生从事这类高技术行业提供了机会。
MCU根据其存储器结构可分为哈佛(Harvard)结构和冯▪诺依曼(Von Neumann)结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯·诺伊曼结构的,这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分:一个中央处理器核心,程序存储器(只读存储器或者闪存)、数据存储器(随机存储器)、一个或者更多的定时/计时器,还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口,所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。