x86 汇编语言入门教程了解英特尔CPU处理器

CPU寄存器位数

CPU内部的寄存器是多少位的,一般就代表该CPU支持多少位;寄存器是临时存储,也可以拆分组合,存在向下兼容的情况(比如64位兼容32位兼容16位兼容8位等),8位、16位、32位与64位代表寄存器一次能存储的最大数据长度

首先,32位和64位说的不是操作系统,而是CPU,所谓8位 32位 64位操作系统,就是指支持8位 32位 64位处理器的 操作系统.

511遇见

8位处理器、16位处理器、32位处理器和64位处理器,其计数都是8的倍数。它表示一个时钟周期里,处理器处理的二进制代码数。“0”和“1”就是二进制代码,线路上有电信号,则计做1,没有电信号则为0。8位机有8条线路,每个时钟周期有8个电信号,组成一个字节。

16位Windows 98(不含98)以下以下都是
32位Windows 98、Me、2000、XP、7、8、8.1、10
64位Windows XP以上系统都有。

16位系统包括WIN95、98、ME、NT
32位系统包括WINXP、VISTA、WIN7、WIN8、WIN10 32位系统标识X86
64位系统包括WINXP、VISTA、WIN7、WIN8、WIN10 64位系统标识x64
32位和64位操作系统是指:CPU一次处理数据的能力是32位还是64位。现在市场上的CPU一般都是64位的,但是这些CPU并不是真正意义上的64 位CPU,里面依然保留了大部分32位的技术,只是进行了部分64位的改进。

32位和64位的区别还涉及了内存的寻址方面,32位系统的最大寻址空间是

2 的32次方= 4294967296(bit)= 4(GB)左右,

而64位系统的最大寻址空间的寻址空间则达到了

2的64次方= 4294967296(bit)的32次方=数值大于1亿GB。

换而言之,就是说32位系统的处理器最大只支持到4G内存,而64位系统最大支持的内存高 达亿位数。

微型计算机分类

按微处理器(CPU)字长分类按微处理器字长来分,微型计算机一般分为4位、8位、16位、32位和64位机几种。

(1)4位微型计算机;用4位字长的微处理器为CPU,其数据总线宽度为4位,一个字节数据要分两次来传送或处理。4位机的指令系统简单、运算功能单一,主要用于袖珍或台式计算器、家电、娱乐产品和简单的过程控制,是微型机的低级阶段。

(2)8位微型计算机:用8位字长的微处理器作CPU,其数据总线宽度为8位。8位机中字长和字节是同一个概念。8位微处理器推出时,微型机在硬件和软件技术方面都已比较成熟,所以8位机的指令系统比较完善,寻址能力强,外围配套电路齐全,因而使8位机通用性强,应用宽广,广泛用于事务管理、工业生产过程的自动检测和控制、通信、智能终端、教育以及家用电器控制等领域。

(3)16位微机:用高性能的16位微处理器作CPU,数据总线宽度为16位。由于16位微处理器不仅在集成度和处理速度、数据总线宽度、内部结构等方面比8位机有本质上的不同,由它们构成的微型机在功能和性能上已基本达到了当时的中档小型机的水平,特别是以Intel 8086为CPU的16位微型机IBM PC/XT不仅是当时相当一段时间内的主流机型,而量其用户拥有量也是世界第一,以至在设计更高档次的微机时,都要保持对他的兼容。16位机除原有的应用领域外,还在计算机网络中扮演了重要角色。

(4)32位微机:32位微机使用32位的微处理器作CPU,这是目前的主流机型。从应用角度看,字长32位是较理想的,它可满足了绝大部分用途的需要,包括文字、图形、表格处理及精密科学计算等多方面的需要。典型产品有Intel 80386,Intel 80486,MC68020,MC68030、Z-80000等。特别是1993年Intel公司推出Pentium微处理器之后,使32位微处理器技术进入一个崭新阶段。他不仅继承了其前辈的所有优点而且在许多方面有新的突破,同时也满足了人们对图形图像、实时视频处理、语言识别、大流量客户机/服务器应用等应用领域日益迫切的需求。

(5)64位微机:64位微机使用64位的微处理器作CPU,这是目前的各个计算机领军公司争相开发的最新产品。其实高档微处理器早就有了64位字长的产品。只是价格过高,不适合微型计算机使用,通常用在工作站或服务器上。现在,是到了64位微处理器进入微型计算机领域的时机了。估计Intel公司和HP公司会在2003年推出他们合作研制的第一款用于微型机的64位微处理器。相信64位微处理器会将微型计算机推向一个新的阶段。

Intel最令人难忘16款X86处理器

1971年,英特尔推出了全球第一个微处理器。这一举措不仅改变了公司的未来,而且对整个工业产生了深远的影响。微处理器所带来的计算机和互联网革命,改变了整个世界,现在就让我们去看一看Intel历年来最令人难忘的16款X86处理器

8086:第一款PC X86处理器

8086是史上第一款x86处理器-Intel(英特尔)在此之前已发表过4004、8008、8080与8085。这颗16位处理器可以外部20位地址总线,管理1MB内存。IBM选择的频率频率(4.77MHz)相当低,不过这款处理器系列在其生命结束时也只可以跑到10MHz。

80286:管理16MB内存,但仍为16位处理器<

1982年推出的80286在相同频率下,比8086快了3.6倍。它可管理最高达16MB内存,但286仍是一颗16位处理器。它是第一款具备内存管理单元(MMU)的x86,可以管理虚拟内存。就像8086,它拥有一个浮点单元(FPU),但可以搭配x87协同处理器(80287)。Intel以最高12.5MHz的频率提供这些协同处理器,而竞争对手则达到25MHz。

386:首款32位处理器与高速缓存

Intel的80836是第一款采用32位架构的x86。这颗处理器提供数种版本。其中最知名的两款是拥有16位数据总线的386SX(单字组eXternal),以及具备32位数据总线的386DX(双字组eXternal)。不过其他两个版本也值得一提:SL是提供快取(外部)管理功能的第一款x86,以及用于太空计划(哈伯望远镜使用这颗处理器)的386EX。

486:加入FPU与倍频器

486象征真正处理器的时代的来临。事实上,著名的486DX2/66长久以来就被视为游戏玩家的最低组态。于1989年推出的这款处理器导入数项有趣的新功能,例如芯片内建FPU、数据快取与第一个频率倍频器,它包含内建到486DX(SX则否)系列的一颗x87协同处理器。处理器内建一8KBLevel1快取(直接写入write-through)。主板上也可以加装L2缓存(以总线频率运作)。

Intel Pentium:麻烦的BUG+更改名称

于1993诞生的Pentium引人感兴趣的理由不只一点。这是第一款舍传统型号而采用更具吸引力名称的第一款x86,原因是Intel无法以纯数字组成的名称取得商标。Pentium为人熟知之处还在于其内含的一个bug。在第一代Pentium中,特定除法作业会产生不正确的结果。Intel替换了这些处理器,但伤害已然造成,这个非常罕见的错误引起IT媒体的首次轩然大波。
Pentium是以三种不同版本销售,第一款不具备CPU倍频器、第二款具备倍频器(包含为人熟悉的Pentium166)与最后一款具备针对x86设计的SIMD指令集MMX。PentiumMMX也增加了L1缓存的大小,并导入数个小幅改良,这是可平行执行两个指令的首颗Intelx86。L2快取则放在这些处理器安装的主板上(FSB的频率)。

Pentium Pro:管理4GB以上内存的第一款处理器

于1995年发布的Pentium Pro是可透过Physical Address Extension(PAE)管理超过4GB RAM(36位地址大小)的x86CPU-即上限等于64GB。有趣的一点是这颗处理器也是第一颗P6(Core2处理器部分技术的衍生来源),也是第一款L2缓存放在处理器本身而非主板上的第一款x86。事实上256KB到1MB之间的L2缓存放在CPU旁(于相同脚座上)-放在相同封装上而非处理器上,跑的频率和CPU相同频率。

然而这颗处理器存在一些性能上的问题。它跑32位系统时表现优异,但在执行以16位(就像Windows95)撰写的软件时就慢了许多。原因很简单:16位缓存器(register)的存取造成32位缓存器的管理问题,抵销了Pentium Pro乱序(out-of-order)架构的优势。

Pentium II与III:兄弟血缘

1997年发布的Pentium II是针对一般大众市场、从Pentium Pro产品修改而来。它相当类似Pentium Pro,但高速缓存则大不相同。512KB的L2缓存,但不与处理器相同的频率,而是以CPU一半的频率运作。此外,Pentium II放弃了传统的socket脚座而改以卡匣搭载处理器与L2缓存(快取在卡匣上,而非在主板或处理器上)。

较之Pentium Pro的新特色主要是MMX(SIMD)支持与L1缓存加倍。第一款Pentium III(Katmai)相当类似Pentium II。于1999年推出的这颗CPU的新功能在于支持SSE(SIMD指令),但其他功能类似。

Pentium II与III拥有512KB L2缓存(3100万晶体管)。其中一颗Pentium II在处理器上内建256KB L2缓存-Pentium II Mobile Dixon,使用180nm制程的这颗处理器比桌上型版本快上许多。

Celeron与Xeon:Intel锁定低端/高端

Intel在1990年代末推出该公司两个最知名的处理器品牌:Celeron与Xeon。前者是锁定低成本市场,后者则是锁定服务器与部分工作站。第一款Celeron(Covington)是一颗不具L2缓存的Pentium II,但遭遇性能差劲的问题;而Pentium II Xeon拥有大量缓存。这两个品牌到现在仍存在-Celeron专攻低端市场(通常采用较少缓存与较慢的FSB),而Xeon主打服务器(采用较快FSB-有时候具备较多的缓存-与高频率速度)。
此外Intel立即为Celeron的Mendocino型号加上缓存(128KB)。Celeron300A以其超频能力知名,大多数可以超出其额定默认频率50%以上。

就像Pentium II,Xeon在处理器卡匣内安置外部L2缓存。它的容量在512KB与2MB之间,晶体管数在3100万到12400万之间。

Pentium III:主频高达1GHz

Pentium III Coppermine是Intel达到1GHz主频的第一款商用x86处理器,后来甚至还推出1.13GHz版本,但由于不够稳定而迅速退市。这个Pentium III的新版本改良了L2缓存-将缓存移到处理器晶体上(on-die)。它的速度比第一款型号的外部512KB来得快,并标榜具有可加速Internet体验的功能。

它推出了三种版本:服务器(Xeon)、初级(Celeron)与移动版(具备第一版SpeedStep)。稍微改良版本(Tualatin)-具备更多的L2缓存(512KB)并着重130nm制程-于2002年推出。基本上是针对服务器(PIII-S)与移动设计的这颗处理器,较少见于消费者级的计算机。

Pentium 4:大失所望—高频带来低性能

Intel于2000年11月发布新款处理器Pentium 4。拥有较高主频(至少1400MHz),这颗处理器有一重大缺点:就是每频率性能较低,它比不上竞争对手的CPU型号,AMD的Athlon(甚至是Pentium III)在相同频率下的表现比P4更好。让情况更为雪上加霜的是,Intel尝试移转为Rambus的RDRAM内存(当时可满足CPU FSB需求的唯一内存技术),但未能成功。但是又贵又热的Pentium 4总算仍以多次改版,保持与对手竞争力数年。

Intel销售Pentium4的移动版本(采用多种倍频)、Celeron版本(L2缓存较小)与Xeon版本(具备L3缓存)。Hyper-Threading与L3缓存是先出现在服务器上、然后修改为标准处理器(不过L3缓存当时只在高价的EE型号上提供)的两项技术。

我们也应该提到的是FSB。它的频率为名义上频率的四分之一,但使用所谓的Quad DataRate(QDR四倍速)技术-400MHz总线实际上为100MHz QDR、533MHz为133MHz QDR,依此类推。最后,Pentium 4的64位在2005年出现,不过我们稍后再谈这些。

Pentium M:让笔记本续航更持久

2003年的笔记本市场逐渐兴起,但Intel只有两款移动处理器:老旧的Pentium III Tualatin与Pentium 4-后者的高功耗也不适合用于笔记本。但救星从Israel出现:Banias(别名Pentium M)。基于P6架构(与Pentium Pro相同架构)的这款产品拥有高效能与低功耗,它甚至还击败了Pentium 4,同时耗电较低。这就是Centrino平台采用的处理器,后来不久(2004年)就出现更快的Dothan型号后辈。
Pentium M在移动处理器世界里留下典范,Stealey(A100)仍采用Dothan架构(频率与TDP较低)。如同Pentium 4一样,FSB实际上是以标示频率四分之一的频率运作(QDR)。处理器脚位则是采用Socket479,但实际上只有478pin,不过它们的排列方式与Pentium 4的Socket478不同(虽然后来有转接器问世)。

Pentium 4:64位处理器+双核心

Intel在2005年两度改良Pentium 4。首先是Prescott-2M,再来是Smithfield。前者是一款64位处理器(基于Prescott设计),后者则是一颗双核处理器,它们相当类似,并存在与其他Pentium 4一样的问题:每周期低指令数(IPC)吞吐量(throughput),以及因电流损失而难以增加频率频率。旨在限制电流损失并等待Core 2 Duo出炉的这两款处理器,并非Intel高度重视的产品。虽然Pentium D(Smithfield的商业发行名称)拥有两个核心,但事实上它只是由相同封装里的两个Prescott裸晶组合而成。

有趣的一点是,针对消费者市场的Pentium 4处理器并未使用PAE技术(支持36位内存管理)并因此局限为4GB RAM,但实际上这些型号可以超越这个限制。事实上,地址总线仍限制为36位(Xeon为40位),但PAE(4GB页面的管理)现已成历史-64位程序可以完全利用到所有的可用内存。

身为Intel SMT技术的Hyper-Threading也在特定型号上提供(Xeon与ExtremeEdition)。最后,Pentium4的65nm版本(9x0系列)在稍后推出,但并无重大改良。

Intel Core Duo:第一款移动版双核处理器<

Intel于2006年发布了Core Duo处理器。针对移动PC设计的第一款双核处理器具有优异的性能(高出Pentium 4许多)。这也是真正双核设计的第一款x86处理器,缓存则是共享的(Pentium D较像是两颗处理器放在相同封装中的组合)。这颗处理器也是Centrino Duo平台的构成组件之一,唯一缺点是它仍然是32位,不同于Pentium 4。

Intel也提供只有单核的Core Solo版本,而低耗电版本采用533MHz总线(133MHz QDR),而非桌上型的667MHz。这颗处理器也用于服务器(代号Sossaman),这是针对移动设计的处理器首次如此应用。要注意的是这颗处理器并未正式使用Core 2 Duo中的Core架构,它不久就被移动PC使用的Core 2 Duo(Merom)取代,而Yonah的Socket479也不同于Pentium M处理器的Socket479。

Intel Core 2 Duo:时下最热门的双核处理器

Intel于2006年推出一款迅速成为销售冠军的处理器:Core 2 Duo。衍生自Pentium M的技术,这颗处理器采用新的Core架构。在此之前Intel拥有两个处理器产品系列-桌上型Pentium 4与移动型Pentium M,而两种都用于服务器环境。相较之下,Intel目前所有产品线市场都共享的单一微架构-64位Core 2 Duo存在从低端到高端的桌上型、移动型与服务器版本。

此架构出现许多版本,形成以不同核心数(一到四,从Solo到Quad)、高速缓存(512KB到12MB)与FSB(400到1600MHz之间)组合而成的不同组态。

移动版本(Merom)基本上并无二致(但速度较低,FSB较慢),而Extreme Edition版本跑得较快。Core 2 Duo也存在四核心版本,事实上它是相同封装中用上两颗Conroe。Core 2 Duo(Penryn)的45nm版本拥有较大缓存、更低耗能,设计还是类似65nm。

Intel Atom:最省电+最便宜45nm Intel X86处理器

Atom处理器将最现代的功能(EM64T,SSSE3等)移植到了老处理器架构中。从奔腾系列以来Atom是第一款“顺序执行”即in-order X86架构。凌动处理器是能耗低于3瓦芯片中速度最快的处理器。它基于酷睿2双内核(Core 2 Duo)微架构,采用45纳米工艺制造。

Intel Atom的优势

第一:使用45纳米工艺生产,保留了Core 2 Duo指令集功能,象支持多线程。芯片可以做到很微小,更好的应用在外形更小的设备上。

第二:Atom所有产品的功耗在0.6W-4W之间,闲置时最低可达30mW,是一款不折不扣的环保型产品。

第三:Atom处理器的成本非常便宜,大约只是制造一颗286-386级别的处理器,最便宜的型号,只需要29美金。

Intel Atom的缺点

第一:采用“顺序架构”设计为向低功耗妥协,在某种情况下与“乱序架构”设计的产品,效率落后5倍之多。处理器外频只有533Mhz,目前主流内存都要自动降为533MHz使用,影响性能。

第二:与之兼容的Intel平台性能技术落后,内置显示芯片3D性能弱,无法解决1080P视频流畅运行的性能所需。此外主板芯片功耗太高,相比处理器功耗相比高达5-10倍之多。

第三:目前无更新的平台可更换,没有PCI-E高速插槽拓展,无法外接显卡,此外英特尔Atom是个相对较封闭的平台。

Intel Core i7:目前史上最强的Intel处理器

Nehalem作为英特尔第一款原生4核处理器, 采用45纳米制造工艺,内置内存控制器,拥有4x256KBbytes二级高速缓存,8M三级共享缓存。通过SMT技术,可将物理4核虚拟成8逻辑核心、三通道DDR3内存通过QPI连接,同时新增7条的SSE 4指令集。

Nehalem架构处理器的产品代号为Bloomfield,有别于之前的命名,英文品牌名为CORE i7,但中文品牌名字还叫“酷睿”。初期上市的产品有三款,分别是Core i7-920、Core i7-940和Core i7-965 XE。
Nehalem处理器架构的七大改变:

1、革命性的动态管理核心数量,线程,缓存,核心可以通过系统负载,在单逻辑核心到八逻辑核心动态转换,以达到节能的效果。

2、超线程(SMT)技术的加入,可以在同样的功耗情况下有效提升CPU性能。SMT技术可以是一个物理核心同时运行两个线程,即模拟出两个逻辑核心。最高可双路4物理核心处理器模拟16逻辑处理器。

3、SSE4指令集再提高,并新加入7条指令集,有效提升XML,sring和文本处理的性能。

4、一二级超低延时缓存设计,共享式三级缓存设计可有效配合CPU的运算。

5、三通道内存技术,有效提高内存带宽,相比前代产品最高提高4倍带宽。

6、由于内存控制器集成在CPU中,可以降低延时,提高系统性能。

7、革命性的架构下带来的能耗比表现,在更少的电力需求情况下得到更强的性能表现。并从Nehalem开始,未来处理器微架构都会根据这个理念设计。


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