El diseño de la CPU del es la tarea de la ingeniería de diseño de producir una CPU, un componente del hardware . Es un subcampo de la ingeniería de la electrónica y de la ingeniería de computadora .
Descripción
Focos del diseño de la CPU en estas áreas:Las CPU diseñadas para los mercados del alto rendimiento pudieron requerir crean para requisitos particulares para cada uno de estos artículos para alcanzar frecuencia, la energía-disipación, y metas del viruta-área.
Las CPU diseñadas para mercados más bajos del funcionamiento pudieron disminuir la carga de la puesta en práctica cerca:
adquiriendo algunos de estos artículos comprándolos como característica intelectual
utilizar las técnicas de la puesta en práctica de la lógica de control (síntesis de la lógica usar las herramientas del cad) para ejecutar los otros componentes - datapaths, archivos de registro, relojes
Los estilos comunes de la lógica usados en diseño de la CPU incluyen:
lógica al azar no estructurada
Autómatas finito
El microprogramar (común a partir de 1965 a 1985, no más campo común a excepción de las CPU del CISC)
Arsenal de lógica programable (común en los años 80, no más el campo común)
Los tipos de dispositivo usados para ejecutar la lógica incluyen:
virutas de lógica del jelly-bean del de la integración de la pequeña escala de la lógica del Transistor-transistor - usadas no más para las CPU
Lógica programable del arsenal y dispositivos de lógica programable - usados no más para las CPU
Órdenes de puerta de la lógica de acoplamiento para emisores - no más campo común
Órdenes de puerta Cmos - usados no más para las CPU
El ASICs Cmos - cuál es hoy de uso general, él es tan común que el término ASIC no está utilizado para las CPU
Órdenes de puerta programables del campo - campo común para los microprocesadores suaves
Un proyecto de diseño de la CPU tiene generalmente estas tareas importantes:
modelado arquitectónico del estudio y del funcionamiento
RTL (eg. diseño y verificación de la lógica)
Diseño de circuito de componentes críticos de la velocidad (escondrijos, registros, ALUs)
Síntesis de la lógica o diseño del lógica-puerta-nivel
análisis que mide el tiempo para confirmar que toda la lógica y circuitos funcionarán en la frecuencia de funcionamiento especificada
diseño físico incluyendo el Floorplanning, lugar y ruta de las puertas de lógica
comprobando ese RTL, el puerta-nivel, el transistor-nivel y los representatations del físico-nivel son equivalentes
comprobaciones para la integridad de señal, manufacturability de la viruta
Como con la mayoría de los diseños electrónicos complejos, el esfuerzo de la verificación de la lógica (que prueba que lo hace el diseño no tener insectos) ahora domina el horario de proyecto de una CPU.
Las innovaciones arquitectónicas de la CPU de la llave incluyen el escondrijo, la memoria virtual, la can¢ería de la instrucción, el Superscalar, el CISC, el RISC, la máquina virtual, los emuladores, el microprograma, y el apilado .
Metas
Las primeras CPU fueron diseñadas para hacer cálculos matemáticos más rápidamente y más confiablemente que las computadoras humanas . Cada generación sucesiva de CPU pudo ser diseñada para alcanzar algunas de estas metas:
niveles de un rendimiento más alto de un solo programa o hilo de rosca
niveles más altos del rendimiento de procesamiento de programas múltiples/de hilos de rosca
menos consumo de energía para el mismo nivel de funcionamiento
más barato para el mismo nivel de funcionamiento
mayor conectividad para construir sistemas más grandes, más paralelos
más especialización a la ayuda en mercados apuntados específicos
Reajustando una base de la CPU a ayudas más pequeñas de un morir-área alcanzar varias de estas metas.
Contracción todo (un " Shrink" del Photomask ;), dando por resultado el mismo número de transistores en un más pequeño morir, mejora el funcionamiento (transistores más pequeños cambian más rápidamente), reduce energía (alambres más pequeños tienen capacitancia menos parásita) y reduce el coste (más CPU cabidas en la misma oblea del silicio).
Lanzando una CPU en los mismos tamaños morir, pero con una base más pequeña de la CPU, las subsistencias el coste casi igual pero permiten niveles más altos de integración dentro de una viruta del VLSI (escondrijo adicional, CPU múltiples, u otros componentes), mejorando funcionamiento y reduciendo coste de sistema total.
Análisis y evaluación comparativa de funcionamiento
Porque hay demasiados programas para probar la velocidad de una CPU en todos, las pruebas patrones fueron desarrolladas. Las pruebas patrones más famosas son el SPECint y las pruebas patrones de SPECfp desarrolladas por el Standard Performance Evaluation Corporation y la prueba patrón de ConsumerMark desarrollada por el microprocesador encajado evalúan el consorcio. Algunas medidas importantes incluyen:
La mayoría de los consumidores escogen una arquitectura de computadora (normalmente arquitectura IA32 de Intel ) para poder funcionar una base grande del software precompilado preexistente. Estando relativamente mal informado en la computadora evalúa, la mayor parte de ellos selección que una CPU particular basó en frecuencia de funcionamiento (véase el mito de los megaciclos).
Los diseñadores de sistema que construyen las computadoras paralelas, tal como Google, escogen las CPU basadas en su velocidad por el vatio de energía, porque el coste de accionar la CPU compensa el coste de la CPU sí mismo.com/Power+could+cost+more+than+servers,+Google+warns/2100-1010_3-5988090.html]
Algunos diseñadores de sistema que construyen las computadoras paralelas escogen las CPU basadas en la velocidad por dólar.
Los diseñadores de sistema que construyen sistemas computacionales en tiempo real quieren garantizar respuesta a lo peor. Eso es más fácil de hacer cuando la CPU tiene estado latente bajo de la interrupción y cuando tiene respuesta determinista. ( DSP )
Los informáticos que programan directo en de lenguaje de ensamblaje quisieran que una CPU apoyara un sistema de instrucción completamente equipado .
¡
Algo del conflicto de estas medidas. Particularmente, muchas técnicas de diseño que hacen que la CPU funciona más rápidamente hacen el " funcionamiento por watt", " funcionamiento por dollar", y " response" determinista; mucho peor, y viceversa.
Mercados
Hay varios diversos mercados en los cuales se utilizan las CPU. Puesto que cada uno de estos mercados diferencia en sus requisitos para las CPU, los dispositivos diseñados para un mercado son en la mayoría de los casos inadecuados para los otros mercados.
Computación de fines generales
La gran mayoría de réditos generados de ventas de la CPU está para la computación de fines generales. Es decir, computadoras de la mesa, del ordenador portátil y de servidor de uso general en negocios y hogares. En este mercado, la arquitectura IA-32 de Intel domina, con su PowerPC de los rivales y el SPARC manteniendo bases de clientes mucho más pequeñas. Anualmente, los centenares de millones de CPU de la arquitectura IA-32 son utilizados por este mercado.Puesto que estos dispositivos se utilizan para funcionar con diversos tipos de programas incontables, estos diseños de la CPU no se apuntan específicamente en un tipo de uso o una función. Las demandas de poder funcionar con una amplia gama de programas eficientemente han hecho éstos diseños de la CPU entre avanzado técnico, junto con algunas desventajas de ser relativamente costosas, y del tener consumición del poder más elevado.
Economía de gama alta del procesador
Desarrollar las CPU nuevas, de gama alta es un asunto costoso del mismo . La complejidad lógica (necesitando los equipos muy grandes de la verificación del diseño de la lógica y de la lógica y las granjas de la simulación con quizás millares de computadoras) y las altas frecuencias de funcionamiento (necesitando los equipos y el acceso de diseño grandes de circuito al proceso avanzado de la fabricación) explican el alto coste del diseño para este tipo de viruta. El coste del diseño de una CPU de gama alta será en la pedido de los E. Desde el diseño de tales virutas de gama alta tarda nominal cerca de cinco años para terminar, permanecer competitivo una compañía tiene que financiar por lo menos dos de estos equipos de diseño grandes para lanzar productos al índice de 2.5 años por la generación del producto.Como ejemplo, el coste cargado típico para un ingeniero informático se cotiza a menudo para ser $250.000 dólar americano/año. Esto incluye sueldo, ventajas, las herramientas del cad, las computadoras, el alquiler del espacio de oficina, el etc. si se asume que 100 ingenieros son necesarios diseñar una CPU y el proyecto tarda 4 años.
Coste total = $250,000/engineer-man_year X 100 ingenieros X 4 años = $100.
La cantidad antedicha es apenas un ejemplo. Los equipos de diseño para las CPU de fines generales del día moderno tienen varios cientos de miembros de equipo.
Solamente el gran público de computadora personal (con tarifas de producción en los centenares de millones, produciendo mil millones de dólares en rédito) puede apoyar a equipos del diseño tan grande y de la puesta en práctica.
Computación científica
Un mercado muy especializado mucho más pequeño (en el rédito y las unidades enviados) es computación científica, usada en laboratorios y universidades de investigación del gobierno. Mucho diseño de la CPU fue hecho previamente para este mercado, pero la rentabilidad de usar las CPU de los granes públicos ha acortado casi todos los diseños especializados para este mercado. El área restante principal del diseño y de la investigación activos de hardware para la computación científica está para el sistema de alta velocidad interconecta.El considera los superordenadores principales del artículo.
Diseño encajado
Según lo medido por las unidades enviadas, la mayoría de las CPU se encajan en la otra maquinaria, tal como teléfonos, relojes, aplicaciones, vehículos, e infraestructura. Los procesadores encajados venden en el volumen de muchos mil millones de unidades por año, sin embargo, sobre todo en los puntos del precio bajo mucho que el de los procesadores de fines generales. Estos dispositivos de la solo-función diferencian de las CPU de fines generales más familiares de varias maneras:
El bajo costo es de importancia extrema.
La disipación de energía es alto importante pues la mayoría de los sistemas encajados no permiten ventiladores.
Para dar un coste de sistema más bajo, los periférico se integran con el procesador en el mismo chip de silicio.
Las memorias del programa y de los datos son a menudo integradas en la misma viruta. Cuando la única memoria permitida del programa es ROM, el dispositivo se conoce como microcontrolador .
El estado latente de la interrupción es más importante para estos dispositivos encajados y sus funciones asociadas que para procesadores más de fines generales.
Los dispositivos encajados deben estar en la producción (o tener reservas que pueden durar) para las cantidades de hora largas, quizás por una década. Cualquier versión particular de las CPU computacionales de la mesa permanece raramente en la producción por más de dos años de debido al paso rápido del progreso.
El considera el microcontrolador principal de los artículos y la Sistema-en-uno-viruta .
Corazones suaves del microprocesador
Para los sistemas encajados, los niveles del rendimiento más alto no son a menudo necesario o deseado debido a los requisitos del consumo de energía. Esto permite el uso de los procesadores que se pueden ejecutar total por técnicas de la síntesis de la lógica. Estos procesadores sintetizados se pueden ejecutar en una cantidad de tiempo mucho más corta, dando un tiempo-a-mercado más rápido.
considera también:
suave del microprocesador
conceptos Micro-arquitectónicos
El considera el principal Microarchitecture del artículo.
Ver también
Unidad central de proceso
Historia de las CPU de fines generales
Microprocesador
Microarchitecture
Ley de Moore
Ley de Amdahl
RISC
CISC
MISCELÁNEO
.
| Random links: | Leitha | Bachman | Unión gato (venda) | Ibrahim 'Ali Salman | Dave Waterbury |