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《计算机系统:系统架构与操作系统的高度集成》——3.2 处理器实现涉及什么

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本节书摘来自华章计算机《计算机系统:系统架构与操作系统的高度集成》一书中的第3章,第3.2节,作者:(美)拉姆阿堪德兰(Ramachandran, U.)(美)莱希(Leahy, W. D.)著, 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

3.2 处理器实现涉及什么

实现一个处理器需要考虑以下一些因素:价格、性能、功耗、散热、操作环境等。例如,用于军事的处理器需要更加坚固的实现以抵抗恶劣多变的环境。用于笔记本的同样的处理器则不需要这么坚固的实现。
处理器的实现主要有两个方面需要关注。
1)第一个关心的问题是电子部件(ALU、总线、寄存器等)的组成如何满足处理器的性能价格定位。
2)第二个关心的问题与热学和机械问题有关。包括散热以及在印刷电路板(通常称为主板)上放置处理器的物理几何学等。
这两个问题是与单芯片处理器相关的。当然,计算机中的硬件不仅仅是一个处理器。还有许多其他问题需要整体考虑,包括印刷电路板、背板、连接器、底盘设计等。总的来说,计算机系统设计是多方面的一种权衡。如果我们只考虑高端市场(超级计算机、服务器、台式机),那么大概就是性能与价格的权衡。然而,对于手机这样的嵌入式系统来说,功耗(power consumption)、性能(performance)、面积(area)这三者的结合(通常称为PPA)才是设计中的主导原则。
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原则上,计算机设计是一种依靠经验的工作,在多个维度上进行权衡就像猜谜一样。
本章中,我们着眼于处理器实现。尤其是,处理器的数据通路和控制。本章中的设计是一个基础版本。在第5章中,我们会探索流水线处理器的实现。
现在我们复习逻辑设计课程中可能已经讲过的一些重要的硬件概念。

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