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硬件工程师培训教程（十一）
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来源： 作者：方舟 发布时间：2008-08-14
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为了提高计算机在多媒体、3D 图形方面的处理和应用能力，与C PU 处理器相对应的，各种处理 器指令集应运而生，其中最著名的3 种便是I n t el 公司的MMX 、SSE 和AMD 的3 D N o w!指令集。
一、M MX 指令集
MMX(Multi Media eXtension，多媒体扩展指令集)指令集是Intel 公司于1 9 96 年推出的一项多 媒体指令增强技术。M MX 指令集中包括有57 条多媒体指令，通过这些指令可以一次处理多个数据， 在处理结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理 ，这样在软件的配合下，就可以得到更高的 性能。M MX 的益处在于，当时存在的操作系统不必为此而做出任何修改便可以轻松地执行M MX 程序。
但是，问题也比较明显，那就是M MX 指令集与x 87 浮点运算指令不能够同时执行，必须做密集 式的交错切换才可以正常执行，这种情况就势必造成整个系统运行质量的下降。
二、S SE 指令集
SSE(Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展)指令集是Intel 在Pentium Ⅲ处理器中率 先推出的。其实，早在P Ⅲ正式推出之前，Intel 公司就曾经通过各种渠道公布过所谓的KNI(Katmai New Instruction)指令集，这个指令集也就是SSE 指令集的最早名称，并一度被很多传媒称之为MMX 指 令集的下一个版本，即M M X2 指令集。究其背景，原来“K NI ”指令集是I n t el 公司最早为其下一代 芯片命名的指令集名称，而所谓的“M M X2 ”则完全是硬件评论家们和媒体凭感觉和印象对“KNI ”的 评价，I n t el 公司从未正式发布过关于M M X2 的消息。
而最终推出的SSE 指令集也就是所谓胜出的“互联网S SE ”指令集。S SE 指令集包括了70 条指令， 其中包含提高3D 图形运算效率的50 条SIMD(单指令多数据技术)浮点运算指令、12 条MMX 整数运算增强指令、8 条优化内存中连续数据块传输指令。
理论上这些指令对目前流行的图像处理、浮点运算、3D 运算、视频处理、音频处理等诸多多媒 体应用起到全面强化的作用。S SE 指令与3 D N o w!指令彼此互不兼容，但SSE 包含了3 D N o w!技术的绝大 部分功能，只是实现的方法不同。SSE 兼容M MX 指令，它可以通过SIMD 和单时钟周期并行处理多个浮 点数据来有效地提高浮点运算速度。
三、3D Now !指令集
由AMD 公司提出的3DNow!指令集应该说出现在SSE 指令集之前，并被AMD 广泛应用于其K6-2 、K6- 3 以及A t h l o n (K 7)处理器上。3DNow!指令集技术其实就是21 条机器码的扩展指令集。
与Intel 公司的M MX 技术侧重于整数运算有所不同，3DNow!指令集主要针对三维建模、坐标变换 和效果渲染等三维应用场合，在软件的配合下，可以大幅度提高3D 处理性能。
第五节 当前CPU 的技术特点
一、制造工艺——更细的线宽
近两年来主流CPU 最显著的技术特征之一就是CPU 制造工艺的进步。早期的C PU 处理器采用的大 多是0.5 微米制造工艺。随着CPU 频率的提高，0.35 微米及曾经普遍使用的0.25 微米工艺成为 C PU 市场的主流。从P Ⅲ C o p p e r m i n e(铜矿)处理器开始，采用0.18 微米制造工艺的C PU 开始出现。由 于采用了更精细的工艺，使得原有晶体管门电路更大限度地缩小，因此在同样的面积内可以集成更 多的晶体管。晶体管越做越小，能耗自然也就随之降低，C PU 也可以更省电。
另一方面，传统的芯片内部大多使用铝作为导体，由于芯片速度不断提高，面积不断缩小，铝 线的性能极限已达临界，在这种情况下，铜导线技术初显端倪。铜导线技术与铝导线技术相比，优 势在于导电性能更佳，发热量更小，可以有效提高C PU 芯片的稳定性。在0 .18 微米制造工艺之后， 采用0.13 微米制造工艺的CPU 也即将上市，更快的处理器频率必将推进铜导线技术全面取代铝导线技 术。
二、封装方式——Socket 架构是主流
S E C C2 封装、F C -P GA 封装、BGA 封装;S l o t A 、S o c k e t 3 70 、S o c k e t 4 62 ……现在，如果您 有一段时间不关注IT 媒体或者隔两个月再去一趟配件市场，您必定会惊奇地发现，CPU 又变了。以 市场上最常见的S o c k et 系列为例，主流的F C -P GA 封装对应的自然是S o c k e t 3 70 接口，这种插脚接 口是一种方形的多针角零插拔力插座，插座上有一根拉杆，在安装和更换C PU 时只要将拉杆向上拉 出，就可以轻易地插进或取出CPU 芯片了。在S o c k e t 3 70 插座上可以安装最新的P Ⅲ C o p p e r m i ne 处理器、C e l e r on 系列处理器和VIA 的C y r i x Ⅲ处理器等。
再来看看Slot 系列的Slot 1 和Slot A 。Slot 1 接口方式是由Intel 公司最早提出来的一种狭长 的242 引脚插槽，可以支持采用SEC(单边接触)封装技术的早期Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ和Celeron 处理器。除了接口方式不同外，S l o t 1 所支持的特性与S u p e r 7 系统没有太大的差别。S l o t A 接 口标准则是由A MD 提出的，支持AMD 的K7 处理器。虽然从外观上看S l o t A 与S l o t 1 十分相像，但 是由于它们的电气性能不同，两者并不兼容。
进入2 0 00 年，随着A t h l on 将自己的L 2 C a c he 放入Die(芯片内核)，Socket 接口的A t h l on 出 现也成为可能，于是伴着A M D T h u n d e r b i r d(雷鸟)处理器的诞生，S o c k e t A(也称S o c k e t 4 6 2)封装随之出现。S o c k e t A 接口的大小与S o c k e t 7 和S o c k e t 3 70 类似，但其接口在整体的布局 中缺了一些针脚，这就是为了防止在将S o c k e t 3 70 处理器插入插槽时发生意外的错误。但并不 是所有的T h u n d e r b i r d(雷鸟)处理器都是S o c k e t A 封装，为了支持其O EM 的S l o t A 系统设计， 市场上S l o t A 封装的T h u n d e r b i rd 和S o c k e t A 的雷鸟都可以见到，这也是让普通消费者在选择 时极易产生误会的地方。封装方式的改变表面上看只是外形上的变化，其实不然，技术、成本 和消费者最关心的最终价格与C PU 的封装方式可以说是密不可分的，因此大家在关注C PU 性能的同 时，千万不要忽视了C PU 的封装技术。
三、缓存——全速L2 Cache
缓存就是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与C PU 交换数据，因此速度极快，所 以又称为高速缓存。与处理器相关的缓存一般分为两种:L1 Cache(片内缓存)和L2 Cache(二级缓存)。
Pentium 时代的处理器把L1 Cache 集成在CPU 内部，而L2 Cache 则做在主板上以与C PU 外频相同的
频率工作。到了S l o t 1 时代，P e n t i u m Ⅱ处理器的缓存封装方式与旧的S o c k e t 7 架构完全不同， L 2 C a c he 开始做到了处理器上，并以处理器速度一半的频率工作，这便是I n t el 引以为荣的双独立 总线结构。在这种结构中，一条总线联接L2 高速缓存，另一条负责系统内存，这样便使整个系统
的速度得到了很大的提高。
后来AMD 在其S u p e r 7 平台的最后一款产品K6-3 中首次使用了三级缓存技术，它包括一个全速 6 4 K B L 1 C a c he，一个内部全速256KB L2 Cache，还有主板上运行在100MHz 频率下的L 3 C a c he 。
这种三级缓存技术使得K6-3 的性能有很大提高，与同频的Pentium Ⅱ相比，其速度也要略快一筹。 而在新一代CPU 技术中，缓存技术得到了更进一步的发展，如A M D D u r o n(钻龙，俗称毒龙)处理器 的L2 Cache 已为6 4 KB，L1 Cache 高达1 2 8 KB，高端的Thunderbird(雷鸟)处理器更是达到了128KBL1 Cache 和256KB L2 Cache 的高速缓存。从理论上讲， L2 Cache 全内置并与处理器同频工作是大势所趋，而这 也正是决定C PU 处理器性能的一个关键环节所在。
四、指令集——M M X 、S S E 和3DNow !唱主角
2000 年的主流CPU 产品似乎更关注于在硬件技术上的 推陈出新，并没有在C PU 指令集方面出更多的新招。应 用最广泛的仍然是Intel 的MMX 、SSE 和AMD 的3DNow!指令集，并且将继续向前发展。而V IA 的 Cyrix Ⅲ处理器则同时支持Intel 的M MX 和AMD 的3DNow!多媒体指令集。
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