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1、逃离逃离逃离逃离 x86x86x86x86架构架构架构架构-CPU-CPU-CPU-CPU 体系结构体系结构体系结构体系结构 CISCCISCCISCCISC 与与与与 RISCRISCRISCRISC 之争之争之争之争x86架构诞生早在1981年，IBM 公司推出了基于 Intel 8088处理器的个人电脑；和不久后的8086处理器相比，它是一台低价格，低性能的处理器。尽管在当时 Motorola MC69000处理器的性能也相当不错，但是 IBM 这样选择的理由是因为8088处理器已经能够对地址总线进行“复用”， 并且总线宽度达到8位，和以往相比，大大减少了整个系统的开销。由于当时没有芯片
2、组这一概念， 因此数据和指令的存储和读取都要依靠主板上的特殊门电路， 这些部件也是8位的宽度。 如果使用 Mortola MC69000处理器的话，那么在相同功能的情况下，主板需要更多的此类部件， 因此大大增加了主板的制造成本。尽管有人建议，Mortola MC69000有助于系统性能的提高，但是 IBM 固守“简单就是美”的原则，毅然选择了8088处理器。IBM 的“生死抉择”却给软件开发者带来灾难性的影响 （当时没有充分意识到） 。由于处理器采用了808X 的架构，因此数据和代码只能在64KB 的范围内进行访问。如果某一个程序需要使用超过64KB 的内存，那么程序不得不使用16位的段地址和
3、16位的偏移地址组合，来达到20位的数据访问范围。当时的程序员就为16位到20位的地址转化伤透了脑筋。在程序的编译过程中，也引进了相应的内存使用模式（小型， 中型，大型，巨型） 。系统集成的汇编语言在程序编写时，必须指明是近程调用（near call）还是远程调用（far call） 。如果要把8088处理器的程序移植到如 MC68000机时，就必须把地址扩展成32位，这个过程非常繁琐。尽管64KB 的限制是 IBM 个人电脑的一个死穴，但是当时 IBM PC的市场销售额非常不错。 8088处理器和 DOS 操作系统能够支持大部分的应用软件，因此 IBM 的个人电脑推出不久就受到各界的好评；而
4、对于64KB 的限制，人们似乎没有太多的关注。 随着 PC 的成功推出，IBM着手于 X86系统架构标准的制定，并且希望成为全球最大的电脑制造商。Intel 和 Microsft 都参与了此标准的定制，并且携手进行个人电脑的开发。第一个 x86架构的“婴儿”便是于1985年推出的32位的80386处理器（386处理器） 。当时，大部分的操作系统（或者准操作系统）还是16位模式， 因此程序员也必须进行地址的转化，这个令人厌烦的转化工作直到 Microsoft 公司发布了第一款32位的操作系统 Windows 95时，才得以解决。Windows 95是第一款使用32位地址的操作系统，它能够对32位
5、空间的数据进行读写操作，并且80386处理器的内部有7个通用寄存器（GPRS） 。从19世纪80年代开始，X86架构快速的发展着。同时，RISC（精简指令集） 架构也受到人们的关注， 并且有不少成功的产品， 如SPARC，PARISC，MIPS 等。从价格上而言，X86架构的 PC 机最便宜；而那些基于 RISC 处理器的大型机价格昂贵。 但是在架构上， PC 机和大型机有非常多的相同点，它们都有着良好的软件支持，并且集成汇编语言。它们之间第二个相似点就是 PC 和大型机的档次通常用以整体的性价比来决定，而不是只决定于 CPU 的处理能力。可靠性，可用性，和功能性是用于衡量机器性能的主要标准。
6、PC 机和大型机的定位也相当的明确，在1980年，一台 PC 机的价格只要几百美元，而大型机的架构至少要上千美元；在功能上，PC 机定位于整数的运算，而大型机却是以浮点数的运算来衡量性能的高低。尽管 PC 机和 RISC 大型机在价格和功能上定位不同，但是在1990年初，Sun Microsystems 公司推出了桌面的微型 RISC 系统“MicroSPARC”。为了能够稳固自身的地位，针对 Sun 公司这个行为，Intel公司不久后就推出了性能和 MicroSPARC 相当的 Pentium Pro处理器，Pentium Pro 处理器是 X86架构发展过程中的一个里程碑。Pentium
7、Pro 处理器首先在 x86体系中引入了“微指令”的概念， 即一条指令能够完成原先几条指令的操作。在256KB 二级缓存的协助下，微指令使得系统的整体性能有了突破性的飞跃。 当时由0.35微米制成技术制造的 Pentium Pro处理器可以和原先任何一款 RISC 处理器叫板。 在当时，Pentium Pro 的惊人性能在 PC 的制造界产生了巨大的影响，那些原先 RISC 的支持者不得不重新审视起 x86架构来。尽管 x86架构存在 GPRS 数量过少，串行的通讯指令过于复杂，内存操作不便等缺点，但是 RISC 的开发者们不得不承认，当时的 RISC 架构达不到 PentiumPro 的性能
8、。揭开 X86的真像随着经济的不断发展，x86处理器的应用范围越来越广，但是人们似乎渐渐忘却 x86架构的不足。在 x86架构的发展过程中，它微处理器（MPU）或多或少的占据着领先的地位。为了保持领先，个人电脑的发展似乎脱离了 IBM 原先“简单就是美”的初衷。CPU 的制成技术快速的发展着，集成的晶体管数量也基本按照莫尔定律增加。当 CPU 集成的晶体管数量超过1百万后，“制成工艺”和“晶体管集成度”成为衡量系统性能的另一个标准。同时，基于 RISC 处理器的大型机也不懈的发展着，尽管在制成技术上不及 X86架构，但是它的整数和浮点数性能要高于 X86架构。以下是1993年至今，x86性能和
9、 RISC 的比值。图 x86/RISC 性能比 vs 制成工艺上图分为两个部分，上半部分是 x86/RISC 的性能比。可以看出，在整体上，RISC 的性能要高于 x86（x86/RISC1）,但是它们之间的差距正在逐渐减少。其中 Pentium Pro ，P4/1.5 ，P4/3.06这几款 CPU 的性能已经超过了同期 RISC 处理器的性能。 图的下半部分是 x86和 RISC制成工艺的对比。Pentium Pro 推出时，x86架构系统和 RISC 处理器系统的分工就相当的明确。RISC 系统针对高端的服务器市场，CPU 和所有的部件都必须确保系统的“稳定性”， 即使降低10的性能也
10、要尽可能的提高系统的稳定性。因此 RISC 处理器必须经过详细，严谨的设计，并且需要通过一系列严格的测试。因此大型机的 CPU 非常昂贵，每一代的 CPU 一般只推出23种不同频率的产品， 因为企业不可能在系统升级上不断的投入昂贵的费用。相比之下 x86架构系统主要针对个人用户和小型的商用系统。和 RISC 相比，x86的价格要低12个数量级，它主要是确保系统的性能， 或者尽可能的提高系统的性价比。 因此针对同一代的 CPU，它会推出78种不同频率的产品。例如 Intel Northwood Pentium 4的整个推出的过程中，一共发布了7种不同频率的产品。图产品推出力度对比上图清楚的表明，
11、在同一代产品中，RISC 系统一般只会推出23种产品，而 X86架构会有78种的产品。因此后者的粒度要比前者细的多。这也说明 RISC 系统的 CPU 一旦设计定型， 就会进行制造和测试， 在产品最后发布之前，尽可能的改正设计中的错误，因为 RISC 昂贵的价格决定一旦 CPU 的设计存在问题，那么这就是一款失败的产品，在市场上就不会有立足之地。而 x86的 CPU 价格较低，因此它不断推出的产品能够弥补以往设计中的不足，不同产品在于占领不同的市场。X86永恒？随着 X86架构的不断成熟， 人们逐步开始认识到其本身的限制和不足（例如32位的 X86架构的寻址空间只有4GB） ，但是巨大的商业利
12、益和强劲的软硬件的支持，使得 x86的架构难以动摇。尽管在 x86的发展历程中，也有不少的体系设计用于代替 x86架构，但是它们都因为得不到广泛的支持，最终以失败告终。其中，影响较大的是以下3次“x86革命”。第一次革命：MIPS/ACE 联盟1991年4月，Compaq, Microsoft, DEC, MIPS 和一些小型的计算机公司成立了高级计算环境 （ACE） 小组,他们的目的在于使用基于 RISC处理器的MIPS 架构来取来现有的 x86/IBM个人电脑。但是由于 MPU上市日期的延迟，ACE 小组的内部竞争，以及利益分成的问题，使得ACE 小组的发展举步为艰，最后以失败而告终。第二
13、次革命：Apple/IBM/Motorola (AIM) 联盟同样在1994年4月底，Apple Computer, IBM 和 Motorola 组成了 AIM 联盟， 目的在于把 RISC 处理器用于个人电脑系统。 Motorola和 IBM 联手对 POWER 架构进行重新设计，用于取代原先 Macintosh系统中逐渐衰落的680X0CISC 处理器。 POWER 架构给 Mac 系统带来了巨大的成功，它的性能要比原先的 Mac 大大提高。但是 x86架构的发展始终要快于 PowerPC ，而且 PowerPC 没有任何的性价比优势，因此不多久， Mac 机就在 x86架构面前败下阵来
14、。 在 Intel 和 Microsoft巨大的压力下，1994年8.3%的市场占有率也紧缩到目前的3%。第三次革命：DEC/Samsung1996年年底， DEC 的芯片制造部门（原先的 DigitalSemiconductor 公司）发布布了21164PC。它是原先高性能处理器21164A （EV56） 的 PC 版， 因此价格较低， 并且使用了微软的 WindowsNT 操作系统。由于缺少相应的软件支持，DEC 开发了 FX！32模拟器，它能够把原先 X86的软件无缝的应用到21164PC 平台。 尽管 CPU 的价格低廉，但是支持21164PC 的主板却非常昂贵。而且在当时，人们对NT
15、 操作系统并没有表现出多大的兴趣，因此21164PC 慢慢的在 X86架构发展中退出了历史舞台。上述例子中的 MPU 制造商失败的主要原因就是跟不上 Intel CPU的发展速度。Intel 不断进行着新型的 CPU 设计，并且以价格来争取市场；上述的三种新型 CPU 架构都是被 Intel 强大的马力所拖垮。其中，MIPS/ACE 联盟主要是资金的问题，而 AIM 联盟的失败归咎于 CPU的设计跟不上 Intel 的发展速度。Intel 的自我革命目前的事实告诉我们，当今几乎不可能有其他的 MPU 制造商使用其他的系统结构，来挑战 Intel 现下兼容的 X86平台；其他的芯片制造商也没有雄
16、厚的资金和实力来和 Intel 公司进行抗衡。人们考虑：是否Intel 公司自己会提出一种全新的架构；或者 Intel 是否会脱离 IBM 的x86标准来发展自身的 Wintel 体系架构（Wintel：Windows 操作系统和 Intel 处理器） 。近几年，Intel 致力研究的 Itanium 处理器（IPFItanium Processor Family）似乎有取代 x86的趋势。Intel 也宣布，Itanium 会首先使用在服务器上，然后过渡到 PC 平台，最终在移动平台上实现。Intel 的 IPF 主要针对 RISC 处理器原先占有的中高端服务器市场。Intel 推出64位的
17、处理器只是一个时间的问题，可能在目前而言，还为时过早；但是 Intel 的竞争对手 AMD 公司已经在今年推出了 x86架构的扩展64的处理器和系统平台。 AMD 64位的架构并不是全新的架构，而是对原先32位的 x86架构进行扩展，突破了4GB 寻址空间的限制；但是64位的计算环境却在业界产生了巨大的影响，它成为 IntelIPF 技术的挑战者。姑且不论 AMD 64位架构推出时机是否合适，但是业界普遍认为64位的架构会在5年内成为主流的桌面 PC 架构，同时AMD的这一举措也加快了 IPF 处理器的推出。IPF 技术是由 Intel 和惠普联合研制，取得了一定的成绩。但是目前的IPF处理器
18、核心尺寸， 电源功耗都决定了其不能使用在桌面系统上。IPF 采用0.18微米的制成工艺，和 Alpha EV（397mm2，125W） ，POWER4（415 mm2，115W）相比，Itanium 2处理器的尺寸为421mm2，电源功耗高达130W。在随后的，代号为 Madison/Deerfield 的 Intanium 2处理器中，Intel 使用了0.13微米的制成工艺。1.3GHz 的 Itanium 2处理器的最大发热量和2.66GHz Northwood Pentium 4相当。 和2.66GHz Pentium4相比，1.3GHz Itanium2的整数运算性能有了10%的提高
19、，浮点数性能有了50%的提高。在高级的优化技术下，IPF 的性能要比原先同等频率的处理器高出整整一倍，而且随着 IPF 技术的成熟，这种差距会愈加扩大。尽管在硬件的技术上，AMD和 Intel 都已经相当成熟；但是 AMD64位的系统和 Intel 的 IPF 都不得不面临一个相同的问题：缺少软件的支持。目前支持 AMD 64位系统和 IPF 技术的只有 Window 最新的操作系统。AMD公司和 Intel 公司对于64位架构的研发上都或多或少面临“鸡生蛋，还是蛋生鸡”的尴尬局面。64位的架构必须有软件的支持才能发挥应有的功效， 同样软件只有凭借64位的架构才能进行开发。业界人员保守的估计，
20、64位的软件至少要35年才能普及起来。对于 IPF 处理器而言，它和原先 x86架构下的处理器有什么本质的不同呢？如果不考虑 AMD 的64位扩展 x86架构，在相同的电源功耗，相同的费用，相同的制成工艺下，IPF 处理器在整数运算上的性能会高出20%30%，浮点数和 DSP 的运算性能会有50%的提高。结论：革命尚未成功，同志仍需努力“说要比做的容易。”随着 IPF 技术的成熟，32位 x86架构缺陷的不断出现，IPF 取代 x86架构势在必行。但是一旦真正的进行“改革”。IPF（或者其他架构）必定会受到来自各方面的压力和阻碍。乐观的估计，IPF 取代 x86成为主流的架构至少要在2005年
21、以后。如果考虑到来自AMD64位的 x86的架构阻挠，那么整个改革的之间会更长，甚至有失败的可能。我们深知，每一项新技术的应用，都会伴随着出生时的阵痛；但是对于未来却是一片光明。Intel 的 IPF 如此，AMD 的64位架构也是如此。在PC 发展历程中，正是这些一次又一次的阵痛，不断推动着整个 IT 界发展，使 IT 界保持旺盛的发展力。也许这些阵痛可能会带来难产，使得婴儿死于襁褓之中；但是每一次成功的诞生，都会给 IT 界带来一个全新的世界。 不管 X86架构未来如何， 我们都期待着会有一个崭新的明天。CPUCPUCPUCPU体系结构体系结构 CISCCISCCISCCISC 与与 RI
22、SCRISCRISCRISC之争之争(转自 )在 PC 发展之初，除了成熟的 CISC 指令架构外，IBM 没有更好的选择，原因很简单，更先进的 RISC 架构在1975年才出现，且只针对超级计算机领域，当时没有人意识到 PC 会有如此之大的发展，只是将它作为计算产品的一种补充而已。为图省事，IBM 干脆就选择了 Intel 作为微处理器芯片的合作伙伴，而 Intel 所创立的 X86指令系统便属于CISC 架构。我们有必要对指令架构、CISC、RISC 之类的概念作明晰的解释。众所周知，微处理器的基本逻辑是运行指令的电路，计算机的任何一个程序都是由或多或少的基本指令组成， 而指令本身又是由若
23、干个微操作构成，例如对两个二进制数进行加减运算，或者将结果送进寄存器中等等。了解汇编语言或机器语言的读者对此应该比较清楚。这些基本指令被称为微处理器的微代码（Microcode） ，指令数量越多、完成微操作所需的逻辑电路就越多，芯片的结构就越复杂。每个处理器开发商都可以自己定义出一套指令系统，但如果指令系统不相同，构成软件的指令也不相同，这样就无法实现软件兼容。在专用计算机时代，这种情况十分普遍，各个计算机厂商都独立发展指令系统、微处理器、计算整机和软件，不同厂商的软硬件产品无法兼容使用，其原因就在于微处理器的指令系统采用不同的定义。然而，尽管当时指令系统种类甚多，它们却都归属于 CISC 架
24、构CISC 的英文全称是 Complex Instruction SetComputer，意为“复杂指令系统计算机”。它的特点是指令数量庞大臃肿，每个指令不管执行频度高低都处于同一个优先级，程序员的编程工作相对容易。但它的致命弊端是执行效率低下，处理器的晶体管被大量低效的指令所占据，资源利用率颇为低下。当 IBM 成功发展出 RISC 系统之后，CISC 迅速被超级计算机所抛弃。但机缘巧合，它却在 PC 上获得新生， 为了保持软件兼容， PC 必须一直延续 X86架构无法脱离 （IBM将标准制定权让给 Intel，最终葬送了自己在 PC 领域的前途） 。后来加入微处理器战团的 Cyrix、Ri
25、se、AMD、IDT 等厂商无一不是如此，PC朝着 X86道路渐行渐远，从8位、16 位、32位一直扩展到现在的64位，虽然它依然有旺盛的生命力，但背后的一系列缺陷也逐渐显现：芯片设计臃肿不堪，能源利用率低下，性能与晶体管规模相当的 RISC 产品根本不在一个水平线上。图1 依据80/20法则划分的“冷代码”与“热代码”概念前者占据 X86指令总量的80%，后者只占据20%。与之相应，冷代码执行单元占据绝大多数硬件资源， 而高度活跃的热代码执行单元所占据的硬件资源反而要少得多。PARROT 优化之后，热代码执行单元被大大加强，冷代码单元则被相应缩减，在晶体管规模不变的前提下实现性能的跨越式提升
26、。相比之下，RISC（全称 Reduced Instruction Set Computer，精简指令系统计算机）则是一套优化过的指令架构，它是根据著名的80/20法则所订立。早在上个世纪60年代，计算机科学家们发现，计算机中80%的任务只是动用了大约20%的指令， 而剩下20%的任务才有机会使用到其他80%的指令。如果对指令系统作相应的优化，就可以从根本上快速提高处理器的执行效率。IBM 公司在1975年成功开发出第一款 RISC 处理器，从此 RISC 架构开始走进超级计算机中。由于指令高度简约，RISC 处理器的晶体管规模普遍都很小而性能强大，深受超级计算机厂商所青睐。很快，许多厂商都拿
27、出自己的 RISC 指令系统，除了IBM的Power和PowerPC 外， 还有DEC的Alpha、 SUN的SPARC、HP 的 PA-RISC、MIPS 技术公司的 MIPS、ARM公司的 ARM等等。它的应用范围也远比 X86来得广泛，大到各种超级计算机、工作站、高阶服务器，小到各类嵌入式设备、家用游戏机、消费电子产品、工业控制计算机，都可以看到 RISC 的身影。只不过这些领域同普通消费者较为脱离，故而少为人知。无论在执行效率、芯片功耗还是制造成本上，选择 RISC 都比沿用X86更加英明。我们不妨作一番实际的比较：目前 Intel 公司最快的处理器是 Prescott 核心的 Pen
28、tium 4 XE 系列，它的晶体管总数在1亿7800万个以上，最高功耗达到130W，但它的运算能力不超过20GigaFlops（FLoating point Operations per Second，每秒浮点运算） 。而目前最快的 RISC 处理器是 IBM 刚刚推出的 Cell，它的晶体管总数为2.34亿个，在采用90纳米工艺制造时芯片面积为221平方毫米，但它的运算力高达2560GigaFlops，整整是 Pentium 4 XE 的128倍。Intel 将在年中推出双核心的 Smithfield，性能最多能有80%的提升，而芯片规模将达到与 Cell 相同的水平。由此可见，二者完全不
29、是一个层面上的对手， X86指令系统的低效性在这里一览无遗。 与此对应， RISC产品在成本上优势明显半导体芯片的制造成本同芯片面积三次方成正比。 在工艺相同的情况下， 芯片面积大小取决于所集成的晶体管规模。RISC 处理器核心精简、效率更高，只要很少的晶体管就能达到与 X86产品媲美的效能，制造成本可大大低于现有的 X86处理器。而小晶体管规模亦有助于保持较低的能耗值，RISC 处理器在这方面表现相当杰出，现在的嵌入式设备几乎都采用 RISC 产品，原因就在于这类产品的功耗值超低。过去，PC 钟情于 X86的原因在于软件兼容，尤其是微软只为 X86 PC开发 Windows 系统，这也被认为
30、是 PC 采用 RISC 架构的最大障碍。这个障碍最终也将被解除，Linux 操作系统逐渐发展成熟，Mac OS X的综合水准更远在 Windows 之上，办公、图形、网络、多媒体相关的各类跨平台应用软件极大丰富。如果你是一个游戏玩家，RISC 平台一定会令你大呼过瘾，将于2005-2006年发布的索尼 PS3、任天堂Revolution 和微软 XBOX2等新一代游戏机产品将全面转入 RISC 体系（有趣的是， 三种游戏机都采用 IBM 所设计的处理器， 指令系统相同），短时间内许多品质一流的配套游戏软件将会大量涌现。 只要指令系统相同，这些游戏完全可以实现平滑移植。单从技术角度考虑，以 R
31、ISC 取代 X86作为 PC 的主力架构的确是非常英明的选择，更高的效率、更快的速度、更低的成本以及同样丰富的软件支持， RISC PC 将展现出勃勃生机。然而，这一切似乎不容易实现，无论 Intel、AMD 还是微软，它们的辉煌成就都构建在 X86的基础之上， 转向 RISC 对它们来说无异于釜底抽薪。 目前执著发展 RISC PC的只有苹果公司， 它们的全系列 PC 都基于 IBM 的 PowerPC 指令架构。不幸的是， 尽管苹果公司大名鼎鼎， 但它对整个市场的影响力极其有限，PC 转向 RISC 最大的障碍不在于技术或兼容性， 而是缺乏一个实质性的领导者，但有迹象表明，蓝色巨人对此有
32、着强烈的意愿，RISC 能否把握住 PC 的下一个三十年尽皆取决于它。即便不采用 RISC 架构，我们仍然可以借助它的思想对 X86处理器进行结构性改良。事实上，X86处理器一直都从 RISC 产品中获取灵感，包括 EV6总线、整合内存控制器、超线程技术、双核心等等新技术新概念都是首先在 RISC 产品中得到成功应用， 之后才被 Intel/AMD 引入到X86处理器当中。实践证明，这种做法往往对 X86处理器的性能提升有着决定性的影响，而从 RISC 汲取营养也就成为 X86业界的习惯做法。不过，上述这些技术改良都只停留在应用层面，指令体系的根本差异成为 X86与 RISC 之间的壁垒，若能
33、借助 RISC 理念对 X86处理器进行结构性改良，也许可获取更大的效益。Intel 在 IDF 技术峰会上提出的“PARROT”概念便充分体现了这种思想。PARROT 的全称是“PowerAwaReness thRough selective dynamically Optimized Traces”， 从其名称不难得知， PARROT 是一项借助“动态优化执行路径”来提高处理器执行效率的技术。它的理论基础也是著名的80/20法则，但与 RISC不同， X86处理器无法从指令系统层面上实现这一点。 ， Intel 另辟蹊径，提出了一个全新的发展思路，将20%的常用指令定义为“热代码（HotC
34、ode） ”， 剩余的80%指令使用频率没那么高， 被定义为“冷代码 （ColdCode）”。对应的 CPU 也在逻辑上被划分为两个部分：一是热核（HotSpot） ， 只针对调用到热代码的程序； 另一部分则是冷核（ Cold Spot），负责执行20%的次常用任务。由于热核部分要执行80%的任务，设计者便可以将它设计得较为强大，占据更多的晶体管资源。而冷核部分任务相对简单，没有必要在它身上花费同样的功夫。理论上说，设计者可以将80%的晶体管资源用在热核上面，使之高效率执行任务，剩余的20%晶体管资源则用于仅完成20%任务的冷核。相比之下， 现在的 X86处理器完全没经过结构优化，所有指令地位
35、对等，80%的次常用指令占据了大量的晶体管资源，又没有创造出相应的价值，芯片内只有20%的区域处于活跃状态，这显然不够科学。“PARROT”创造了一种崭新的双核概念，过去我们谈论的双核心指的是在一枚芯片内集成两个对等的 CPU 内核，通过并行运算获得性能增益，我们可以将它看作是横向维度的对等设计。而“PARROT”则是一种纵向维度的双核理念，热核与冷核地位并不对等，且无法独立运作，只能说是一个 CPU 内核中的两部分分立逻辑。它所起到的是提高 CPU的硬件资源利用率，以高执行效率达到高效能的目的，这种做法显然比目前业界鼓吹的“双核心”更具革命意义。我们不妨深入分析“PARROT”的微架构（图2
36、所示） ，处理器执行管道被分为“冷管道（Cold Pipe）”和“热管道（Hot Pipe）”两部分，二者都拥有彼此独立的取指和执行单元，当处理器读取程序指令时，会预先对其作分析，以判定它是归属于“热代码”还是“冷代码”。若为活跃的“热代码”，则将其送入“热管道”逻辑进行高效处理； 如果属于“冷代码”， 那么将其送入“冷管道”逻辑处理，所得结果最终再作汇总输出。图2 PARROT 微架构，CPU 被划分为相对独立的两个执行管道。图3所示为“PARROT”处理器的详细执行路径情况，我们可以看到，“冷管道”部分相对简单，只有“指令缓存（Instruction Cache）”、“冷执行单元（Cold
37、 Execution）”和“分支预测单元（Branch Prediction）”，占据少量的晶体管即可。而“热管道”部分则显得相当复杂，它由“追踪缓存（Trace Cache）”、“追踪预测单元（Trace Prediction）”、“热执行单元（Hot Execution）”、“追踪优化（Trace Optimizer）”以及“追踪选择过滤构建（Trace Select Filter&Build）”等几大逻辑单元共同构成，每个逻辑都被设计得尽可能强大。计算结果生成之后，再由“同步合成单元（Synchronized Commit）”组合汇总，最后才通过前端总线输出给计算机内存，由此完成整个运算
38、过程。图3 基于 PARROT 思想的 X86处理器逻辑结构冷代码与热代码在执行阶段被彼此分离。PARROT 的新奇思路令人耳目一新，通过对执行单元的结构性优化，X86处理器可以说是获得了重生。设计者可以对“热核”部分进行大大强化，使之拥有更高的效能，在执行多数任务时用户都可感觉到立竿见影的性能提升，而对于冷核的必要压缩则大幅度节省了晶体管资源，并可达到明显降低芯片功耗的目的。 设计者可以在晶体管规模不变的前提下，让 X86处理器获得数倍的效能提升。毫无疑问，PARROT 对于深陷困境的 X86架构无疑是雪中送炭，X86处理器将因此出现跨越性的技术进步。 而换个角度看， PARROT 完全可以说是 RISC 思想的伟大胜利，80/20法则再度成为魔法的关键，只不过，上一次 IBM 基于此建立了伟大的 RISC 指令系统，而这次是 Intel 在保持 X86软件兼容的前提下，成功实现了对微处理器结构的优化，两种做法可谓是殊途同归。据悉，PARROT 技术将在2007年开始进入实用，“Merom”将成为首款基于PARROT 思想的处理器内核。 大家一定看过这样的新闻： 2007 年 Intel的服务器处理器、桌面处理器和移动处理器都将采用“Merom”内核，无论性能还是功耗都将有出色的表现， 我们有足够的理由对它寄以厚望
