服务器基础知识(2)--服务器CPU.doc

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成本高。并且复杂指令需要复杂的操作,必然会降低计算机的速度。基于上述原因,20世纪80年代RISC型CPU诞生了,相对于CISC型CPU,RISC型CPU不仅精简了指令系统,还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”,大大增加了并行处理能力(并行处理并行处理是指一台服务器有多个CPU同时处理。并行处理能够大大提升服务器的数据处理能力。部门级、企业级的服务器应支持CPU并行处理技术)。也就是说,架构在同等频率下,采用RISC架构的CPU比CISC架构的CPU性能高很多,这是由CPU的技术特征决定的。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU,特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX,现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。目前,在中高档服务器中采用 RISC指令的CPU主要有以下几类:(1)PowerPC处理器(2)SPARC处理器(3)PA-RISC处理器(4)MIPS处理器(5)Alpha 处理器从当前的服务器发展状况看,以“小、巧、稳”为特点的 IA架构(CISC架构)的 PC服务器凭借可靠的性能、低廉的价格,得到了更为广泛的应用。在互联网和局域网领域,用于文件服务、打印服务、通讯服务、Web服务、电子邮件服务、数据库服务、应用服务等用途。最后值得注意的一点,虽然CPU是决定服务器性能最重要的因素之一,但是如果没有其他配件的支持和配合,CPU也不能发挥出它应有的性能。三、CPU的几个技术指标处理器主频主频,就是 CPU的时钟频率,简单说是 CPU运算时的工作频率( 1秒内发生的同步脉冲数)的简称。单位是 Hz。它决定计算机的运行速度,随着计算机的发展,主频由过去 MHZ发展到了现在的 GHZ(1G=1024M)。通常来讲,在同系列微处理器,主频越高就代表计算机的速度也越快,但对与不同类型的处理器,它就只能作为一个参数来作参考。另外CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度,所以在一定情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。说到处理器主频,就要提到与之密切相关的两个概念:倍频与外频,外频是CPU的基准频率,单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度,而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度,在这种方式下,可以理解为CPU的外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态;倍频即主频与外频之比的倍数。主频、外频、倍频,其关系式:主频=外频×倍频。早期的CPU并没有“倍频”这个概念,那时主频和系统总线的速度是一样的。随着技术的发展,CPU速度越来越快,内存、硬盘等配件逐渐跟不上CPU的速度了,而倍频的出现解决了这个问题,它可使内存等部件仍然工作在相对较低的系统总线频率下,而CPU的主频可以通过倍频来无限提升(理论上)。我们可以把外频看作是机器内的一条生产线,而倍频则是生产线的条数,一台机器生产速度的快慢(主频)自然就是生产线的速度(外频)乘以生产线的条数(倍频)了。现在的厂商基本上都已经把倍频锁死,要超频只有从外频下手,通过倍频与外频的搭配来对主板的跳线或在BIOS中设置软超频,从而达到计算机总体性能的部分提升。所以在购买的时候要尽量注意CPU的外频。处理器外频外频是CPU乃至整个计算机系统的基准频率,单位是MHz(兆赫兹)。在早期的电脑中,内存与主板之间的同步运行的速度等于外频,在这种方式下,可以理解为CPU外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态。对于目前的计算机系统来说,两者完全可以不相同,但是外频的意义仍然存在,计算机系统中大多数的频率都是在外频的基础上,乘以一定的倍数来实现,这个倍数可以是大于1的,也可以是小于1的。说到处理器外频,就要提到与之密切相关的两个概念:倍频与主频,主频就是CPU的时钟频率;倍频即主频与外频之比的倍数。主频、外频、倍频,其关系式:主频=外频×倍频。在486之前,CPU的主频还处于一个较低的阶段,CPU的主频一般都等于外频。而在486出现以后,由于CPU工作频率不断提高,而PC机的一些其他设备(如插卡、硬盘等)却受到工艺的限制,不能承受更高的频率,因此限制了CPU频率的进一步提高。因此出现了倍频技术,该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数,从而通过提升倍频而达到提升主频的目的。倍频技术就是使外部设备可以工作在一个较低外频上,而CPU主频是外频的倍数。在Pentium时代,CPU的外频一般是60/66MHz,从PentiumⅡ350开始,CPU外频提高到100MHz,目前CPU外频已经达到了200MHz。由于正常情况下外频和内存总线频率相同,所以当CPU外频提高后,与内存之间的交换速度也相应得到了提高, 对提高电脑整体运行速度影响较大。外频与前端总线( FSB)频率很容易被混为一谈。前端总线的速度指的是 CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了 CPU和外界数据传输的速度。 而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说, 100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了 PCI及其他总线的频率。 之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在 Pentium4 出现之前和刚出现Pentium4时),前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展, 人们发现前端总线频率需要高于外频, 因此采用了QDR(QuadDateRate)技术,或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的 2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。处理器缓存缓存(Cache)大小是CPU的重要指标之一,其结构与大小对单地讲,缓存就是用来存储一些常用或即将用到的数据或指令,候直接从缓存中读取,这样比到内存甚至硬盘中读取要快得多,速度。CPU速度的影响非常大。简当需要这些数据或指令的时能够大幅度提升CPU的处理所谓处理器缓存,通常指的是二级高速缓存,或外部高速缓存。即高速缓冲存储器,是位于CPU和主存储器DRAM(DynamicRAM)之间的规模较小的但速度很高的存储器,通常由SRAM(静态随机存储器)组成。用来存放那些被CPU频繁使用的数据,以便使CPU不必依赖于速度较慢的DRAM(动态随机存储器)。L2高速缓存一直都属于速度极快而价格也相当昂贵的一类内存,称为SRAM(静态RAM),SRAM(StaticRAM)是静态存储器的英文缩写。由于SRAM采用了与制作CPU相同的半导体工艺,因此与动态存储器DRAM比较,SRAM的存取速度快,但体积较大,价格很高。处理器缓存的基本思想是用少量的 SRAM作为CPU与DRAM存储系统之间的缓冲区,即Cache系统。80486以及更高档微处理器的一个显著特点是处理器芯片内集成了 SRAM作为Cache,由于这些Cache装在芯片内,因此称为片内Cache。486芯片内Cache的容量通常为8K。高档芯片如Pentium为16KB,PowerPC可达32KB。Pentium微处理器进一步改进片内Cache,采用数据和双通道 Cache技术,相对而言,片内 Cache的容量不大,但是非常灵活、方便,极大地提高了微处理器的性能。片内Cache也称为一级Cache。由于486,586等高档处理器的时钟频率很高,一旦出现一级Cache未命中的情况,性能将明显恶化。在这种情况下采用的办法是在处理器芯片之外再加Cache,称为二级Cache。二级Cache实际上是CPU和主存之间的真正缓冲。由于系统板上的响应时间远低于CPU的速度,如果没有二级Cache就不可能达到486,586等高档处理器的理想速度。二级Cache的容量通常应比一级Cache大一个数量级以上。在系统设置中,常要求用户确定二级Cache是否安装及尺寸大小等。二级Cache的大小一般为128KB、256KB或512KB。在486以上档次的微机中,普遍采用256KB或512KB同步Cache。所谓同步是指Cache和CPU采用了相同的时钟周期,以相同的速度同步工作。相对于异步Cache,性能可提高30%以上。目前,PC及其服务器系统的发展趋势之一是 CPU主频越做越高,系统架构越做越先进,而主存DRAM的结构和存取时间改进较慢。因此,缓存( Cache)技术愈显重要,在 PC系统中Cache越做越大。广大用户已把 Cache做为评价和选购 PC系统的一个重要指标。处理器内核核心(Die)又称为内核,是 CPU最重要的组成部分。 CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的, CPU所有的计算、接受 /存储命令、处理数据都由核心执行。各种 CPU核心都具有固定的逻辑结构,一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。为了便于CPU设计、生产、销售的管理,CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号,这也就是所谓的CPU核心类型。Intel 处理器内核INTELItanium2McKinleyMcKinley核心Itanium2 处理器主频为 1Ghz和900Mhz两种,32KBL1缓存,256KBL2缓存和3MB或者L3缓存,采用了128bit400MHzFSB 接口,可以提供高达 s的数据传输带宽。相对于 Itanium 处理器,Itanium2 最大的改变就是将 L3缓存整合到了处理器内部,同时做了其它的改进性能比前一代 64bit 产品有了大幅度的提高。MadisonMadison核心的Itanium 2处理器采用微米制程,运行的 128bit 400MHz的前端总线上,可提供高达 s的系统带宽,一级缓存为 16KB,二级缓存为 256KB,而三级缓存则提供了 3MB、4MB、6MB、9MB等多种型号可供选择,频率则从开始起跳,由于架构与IA32的Xeon处理器完全不同,性能上的提供相当明显。Madison核心的Itanium2可支持两路以上的SMP,属于高档的Itanium2MP系列,目前在Itanium2中应用最为广泛。Fanwood事实上采用 Fanwood核心的Itanium 2也是Madison核心的两路 SMP演化版本,Fanwood运行于400MHz前端总线,一级缓存为 16KB,二级缓存为256KB,并且也具有最大 9MB的三级缓存可供选择,除去不支持两路以上的SMP外和Madison核心完全一致,Fanwood核心的Itanium2频率从开始起跳,而低电压版本的Fanwood频率则从1GHz开始起跳。Deerfield低电压(LV)版Itanium2处理器采用Deerfield核心,同样基于微米制程的Madison核心演化而成,但由于核心电压的下降,其时钟频率在1GHz和GHz之间的几个型号可供选择,同时三级缓存也只具有和3MB两种规格。不过由于其功耗为62瓦,而且价格也大为降低,因此多采用于低成本系统和密集环境,如刀片服务器等。INTELXeonMPGallatin是XEONMP的核心名称,采用微米制程,前端总线是400MHz,Socket603接口,集成512KB二级缓存,1到4M三级缓存,400FSB,支持最多4个CPU的SMP,支持超线程技术。-的带1ML3,有5千5百万和6千1百万晶体管二种类型产品,-的,有2和4M缓存两种,分为5千5百万和1亿2千3百万晶体管产品。Potomac支持EM64T基于Potomac核心的XeonMP,Potomac是Nocona的大缓存,多 SMP版本,其采用了微米制程, 处具备1MB的二级缓存外,还具备4至8MB的三级缓存,前端总线也由以前的400MHz提升到667MHz,频率则由开始起跳,同时而Potomac可支持四路或八路处理器。其它特性方面类似于Nocona核心的XeonDP。与Potomac一起发布的还有与其搭配的E8500芯片组,除支持多路SMP外,最大可支持64GBDDR2-400Registered/ECC内存,并支持内存热插拔、内存 RAID、内存映射等技术,并为未来的多核心处理器做好了支持的准备。同时也引入了新一代的 PCIExpress 扩展接口,最大可达 28通道,为了实现企业级用户的高可用性,这些接口都支持热插拔。Cranford为了让XeonMP得到更多的支持和应用, Intel 在Potomac核心的基础上推出了代号为Cranford 的简化版新 XeonMP,彻底去除了 Potomac核心的三级缓存,看起来更像是支持多路处理的 Nocona核心XeonDP。与Potomac一样,Cranford 也使用了 667MHz的前端总线、1MB的二级缓存,频率由较高的开始起跳。Paxville (双核心)Paxville 是XeonMP的首款双核心,主要分为 70412X2MB3GHz800FSB,70402X2MB3GHz667FSB,70302X1MB800FSB,70202X1MB667FSB几种型号。同PentiumD处理器非常的相似,也是将两个完全相同的处理器核心封装在一起,每个核心独享2MB或1MBL2缓存,共享800MHz或667MHz的FSB,支持超线程,VT、HT、EM64T、EDbit等技术。这款处理器集成了高达3亿个晶体管,依然采用90nm晶圆生产工艺,而并非英特尔已经应用于桌面处理器的65nm晶圆生产工艺。这款双核Xeon处理器采用了同单核Xeon同样的封装形式,均为604-pinFC-mPGA4(FlipChipMicroPinGridArray),因此可以安装在现有的Xeon平台上。支持此款双核心的芯片组为INTELE8501。Tulsa(双核心)全新企业级XeonMP双核心处理器Tulsa,是上代“Paxville”核心7000系列的升级型号,最大变化即生产制程从90微米过渡到了65微米。XeonMP7100系列全部采用此核心,它是全球Cache数目最大及晶体管数目最多的x86处理器,核心拥有1MBx2L2及16MBL3Cache,因此核心内建了Billion个晶体管,就算采用现时最精密的65nm处理器制程,DieSize仍然高达435平方毫米。虽然Tulsa双核心频率为高达,但由于65nm制程已大幅减少晶体管漏电情况,因此其最高功耗只为150W(工作电压)。产品分为16MBL3版本的7140M800MHzFSB/150W)、7140N667MHzFSB/150W)、8MBL3版本的7130M800MHzFSB/150W)、7130N667MHzFSB/150W)及4MBL3版本的7120M(3GHz/800MHzFSB/95W)、7120N(3GHz/667MHzFSB/95W)、7110M800MHzFSB/95W)、7100N667MHzFSB/95W)。Tulsa的Cache设计类似现时流动处理器Yonah核的SmartCache,虽然双核心各自有自己的L2Cache,但处理器内部内建了CachingFSBControllor,令双核心可以共享共同的L3Cache,而且亦可以为双核心各自L2Cache的数据进行内部交换,并不需要透过外部FSB及北桥作中介,因此 Cache的命中率及延迟值都有大幅的改善及效能提升。 Tulsa核心亦首次引用 3-LoadFront SideBus架构,最高可同时间支持 3路高达800MT/s的北桥数据传输管道但需要芯片组的支持,但 Tulsa还是可以用于旧有 FrontSidebus 架构的芯片组作向下兼容。INTELXeonPrestonia是Xeon处理器的第二代核心,Prestonia同第一代的Foster核心之间的首要区别就是整合的二级缓存容量的差别,前者为512KB,而后者仅为256KB。Prestonia核心处理器也采用了先进的微机制造工艺。但是Prestonia核心最大的优势就是增加了对Hyper-Threading (超线程)的支持。 Hyperthreading 早先称为 Jackson技术,这是一种多线程(SMTSimultaneous Multi-Threading )技术的扩展,其主要功能就是让处理器在单处理器工作模式下也进行多线程工作(每块处理器可以同时进行一个以上进程的处理)。Nocona这是Intel的XEONCPU核心,采用90nm制程,使用800MhzFSB,具有16KBL1缓存、1MBL2缓存和12KBuOpsTrace缓存,同时支持SSE3以及HyperThreading。对应Xeon处理器通过EM64T技术同时支持32位和64位计算,并通过集成DBS(DemandBasedSwitching,基于需要切换技术)实现增强型SpeedStep技术,可以根据工作负载动态调整处理器运行频率和功耗。IrwindaleXeon产品的核心,前端总线、HyperThreadingII、增强型Speedstep、EDB以及EM64T都和Nocona完全一致。该核心与Nocona核心最大的不同就是二级缓存进一步提升到2MB,频率由开始起跳,与Pentium4600系列处理器的架构有些类似。不过由于二级缓存的加大,工艺也没得得到改进,导致该处理器的功率和发热量均大大高于Nocona,在选购该处理器时散热应该引起足够的重视。Allendale(双核心)这是与Conroe同时发布的IntelXeon平台双核心处理器的核心类型,其名称来源于美国加利福尼亚州南部的小城市“Allendale”。Allendale核心于2006年7月27日正式发