CPU分类及控制技术方式
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指令集的方式CPU的分类还可以按照指令集的方式将其分为精简指令集计算机(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)。RISC指令长度和执行时间恒定,CISC指令长度和执行时间不一定。 RISC 指令的并行的执行程度更好,并且编译器的效率也较高。CISC指令则对不同的任务有着更好的优化,代价是电路复杂且较难提高并行度。典型的CISC指令集有x86微架构,典型的RISC指令集有ARM微架构。但在现代处理器架构中RISC和CISC指令均会在译码环节进行转换,拆分成CPU内部的类RISC指令。
嵌入式系统CPU传统的嵌入式领域所指范畴非常广泛,是处理器除了服务器和PC领域之外的主要应用领域。所谓“嵌入式”是指在很多芯片中,其所包含的处理器就像嵌入在里面不为人知一样。 [8] 近年来随着各种新技术新领域的进一步发展,嵌入式领域本身也被发展成了几个不同的子领域而产生了分化。 [8] 首先是随着智能手机(Mobile Smart Phone)和手持设备(Mobile Device)的发展,移动(Mobile)领域逐渐发展成了规模匹敌甚至超过PC领域的一个独立领域。由于Mobile领域的处理器需要加载Linux操作系统,同时涉及复杂的软件生态,因此,其具有和PC领域一样对软件生态的严重依赖。 [8] 其次是实时(Real Time)嵌入式领域。该领域相对而言没有那么严重的软件依赖性,因此没有形成绝对的垄断,但是由于ARM处理器IP商业推广的成功,目前仍然以ARM的处理器架构占大多数市场份额,其他处理器架构譬如Synopsys ARC等也有不错的市场成绩。 [8] 最后是深嵌入式领域。该领域更像前面所指的传统嵌入式领域。该领域的需求量非常之大,但往往注重低功耗、低成本和高能效比,无须加载像Linux这样的大型应用操作系统,软件大多是需要定制的裸机程序或者简单的实时操作系统,因此对软件生态的依赖性相对比较低。 [8]
大型机CPU大型机,或者称大型主机。大型机使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件。大型机一词,最初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计算机系统,以用来同小一些的小型机和微型机有所区别。 [9] 减少大型机CPU消耗是个重要工作。节约每个CPU周期,不仅可以延缓硬件升级,还可以降低基于使用规模的软件授权费。大型机体系结构主要包括以下两点:高度虚拟化,系统资源全部共享。大型机可以整合大量的负载于一体,并实现资源利用率的最大化;异步I/O操作。即当执行I/O操作时CPU将I/O指令交给I/O子系统来完成,CPU自己被释放执行其它指令。因此主机在执行繁重的I/O任务的同时,还可以同时执行其它工作。
中央处理器强大的数据处理功有效提升了计算机的工作效率,在数据加工操作时,并不仅仅只是一项简单的操作,中央处理器的操作是建立在计算机使用人员下达的指令任务基础上,在执行指令任务过程中,实现用户输入的控制指令与CPU的相对应。随着我国信息技术的快速发展,计算机在人们生活、工作 以及企业办公自动化中得到广泛应用,其作为一种主控设备,为促进电子商务网络的发展起着促进作用,使 CPU 控制性能的升级进程得到很大提高。指令控制、实际控制、操作控制等就是计算机 CPU 技术应用作用表现。 [2] (1)选择控制。集中处理模式的操作,是建立在具体程序指令的基础上实施,以此满足计算机使用者的需求,CPU 在操作过程中可以根据实际情况进行选择,满足用户的数据流程需求。 指令控制技术发挥的重要作用。根据用户的需求来拟定运算方式,使数据指令动作的有序制定得到良好维持。CPU在执行当中,程序各指令的实施是按照顺利完成,只有使其遵循一定顺序,才能保证计算机使用效果。CPU 主要是展开数据集自动化处理,其 是实现集中控制的关键,其核心就是指令控制操作。 [2] (2)插入控制。CPU 对于操作控制信号的产生,主要是通过指令的功能来实现的,通过将指令发给相应部件,达到控制这些部件的目的。实现一条指令功能,主要是通过计算机中的部件执行一序列的操作来完成。较多的小控制元件是构建集中处理模式的关键,目的是为了更好的完成CPU数据处理操作。 [2] (3)时间控制。将时间定时应用于各种操作中,就是所谓的时间控制。在执行某一指令时,应当在规定的时间内完成,CPU的指令是从高速缓冲存储器或存储器中取出,之后再进行指令译码操作,主要是在指令寄存器中实施,在这个过程中,需要注意严格控制程序时间。
CPU 蓬勃发展的同时也带来了许多的安全问题。1994 年出现在Pentium处理器上的 FDIV bug(奔腾浮点除错误)会导致浮点数除法出现错误;1997年Pentium处理器上的F00F异常指令可导致CPU死机;2011年Intel处理器可信执行技术(TXT,trusted execution technology)存在缓冲区溢出问题,可被攻击者用于权限提升;2017年 Intel管理引擎(ME,management engine)组件中的漏洞可导致远程非授权的任意代码执行;2018年,Meltdown 和Spectre两个CPU漏洞几乎影响到过去20年制造的每一种计算设备,使得存储在数十亿设备上的隐私信息存在被泄露的风险。这些安全问题严重危害国家网络安全、关键基础设施安全及重要行业的信息安全,已经或者将要造成巨大损失。