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發布時間:2020-08-26 05:40  
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CPU出現于大規模集成電路時代,處理器架構設計的迭代更新以及集成電路工藝的不斷提升促使其不斷發展完善。從初專用于數學計算到廣泛應用于通用計算,從4位到8位、16位、32位處理器,后到64位處理器,從各廠商互不兼容到不同指令集架構規范的出現,CPU 自誕生以來一直在飛速發展。
為了改善性能,CPU已經不是單條取指-->解了碼-->執行的路線,而是分別為這3個過程分別提供獨立的取值單元,解了碼單元以及執行單元。這樣就形成了流水線模式。
用戶態的CPU,只允許執行指令集中的部分指令。一般而言,IO相關和把內存保護相關的所有執行在用戶態下都是被禁止的,此外其它一些特權指令也是被禁止的,比如用戶態下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態。
控制器之所以知道數據放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的,每個指令對應一個基本操作,比如加法運算對應一個指令。例如,將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數據)中的值拷貝到ALU中,然后根據的操作指令執行加法運算,將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中,后寫入到內存。
關于CPU上的高速緩存
1、高速的緩存是CPU的寄存器,它們和CPU的材料相同,靠近CPU或接近CPU,訪問它們沒有時延(<1ns)。但容量很小,小于1kb。
2、寄存器之下,是CPU的高速緩存。分為L1緩存、L2緩存、L3緩存,每層速度按數量級遞減、容量也越來越大。
3、每核心都有一個自己的L1緩存。L1緩存分兩種:L1指令緩存(L1-icache)和L1數據緩存(L1-dcache)。L1指令緩存用來存放已解了碼指令,L1數據緩存用來放訪問非常頻繁的數據。
4、L2緩存用來存放近期使用過的內存數據。更嚴格地說,存放的是很可能將來會被CPU使用的數據。
5、多數多核CPU的各核都各自擁有一個L2緩存,但也有多核共享L2緩存的設計。無論如何,L1是各核私有的(但對某核內的多線程是共享的)。