计算机原理 第十章安腾体系结构 课堂笔记及练习题

计算机原理第十章安腾体系结构课堂笔记及练习题
主题：第十章安腾体系结构
学习时间：2017年1月16日--1月22日
内容：
我们这周主要学习教材第十章安腾体系结构的相关内容。

希望通过这些内容的学习能使同学们进一步掌握安腾体系结构的相关知识。

一、学习要求
1．了解安腾处理器简介；
2．了解安腾2介绍；
3．了解32位Intel架构（IA-32）软件应用；
4．了解安腾与Xeon、Opteron的区别；
5．了解安腾的机器划分。

二、主要内容
（一）安腾处理器简介
安腾处理器Intel安腾（Itanium）处理器应该说是大多数人不是很了解的处理器之一。

基于它专为要求苛刻的企业和技术应用而设计，是瞄准高端企业市场的，并且相对Intel其他系列的处理器，价格昂贵，即使最便宜的型号价值仍然超过1000美元，对它不了解也就不出奇了。

Intel安腾（Itanium）处理器应该说是大多数人不是很了解的处理器之一。

基于它专为要求苛刻的企业和技术应用而设计，是瞄准高端企业市场的，并且相对Intel其他系列的处理器，价格昂贵，即使最便宜的型号价值仍然超过1000美元，对它不了解也就不出奇了。

Intel安腾处理器从诞生以来一直是业界人士关注的焦点，而近来两款支持64位的Nocona（即采用EMT64技术的新一代至强）和AMD Opteron处理器风风火火，让很多人对安腾的命运发展产生了质疑。

而笔者觉得有必要先跟大家解释对安腾认识上的误区：安腾处理器是构建在IA-64（Intel Architecture 64），也就是说“IA-64是一个与x86代码的决裂，它是为未来设计的。

所以它的对手不是Nocona或Opteron处理器，虽然有人错误地以这些处理器与它比较。

Itanium是专门用在高端企业级64-bit计算环境中竞争的，对抗基于IBM Power4/5，HP PA-RISC，Sun UltraSparc-III及DEC Alpha 的服务器。

64位只是安腾处理器的一个技术特征。

安腾体系结构的特点主要体现在以下几个方面：
1．显示并行指令计算技术
2．超长指令字技术
3．分支推断技术
4．推测技术
5．软件流水技术
6．寄存器堆栈技术
（二）安腾2介绍
Intel安腾2处理器专为要求苛刻的企业和技术应用而设计。

基于Intel安腾2处理器的平台以较低的成本，提供了业界领先的性能，以及比专有RISC技术更广泛的选择空间，可帮助企业和机构最大地提高其投资回报。

Intel安腾2处理器得到了广泛生态系统的支持，包括由40多家领先硬件厂商的具有出色可扩充的开放标准64位解决方案，诸如Windows Server 2003、HP-UX和Linux 等的超过5款操作系统，以及数百种应用和工具。

此外，Intel安腾处理器还为现有的Intel安腾架构软件提供了出色的二进制兼容性，进而可使用户获得强大的投资保护。

Intel安腾2处理器家族支持32位Intel架构（IA-32）应用，并将随着32位Intel架构（IA-32）执行层技术的推出进一步增强。

安腾2特点：
更高的性能，更低的成本，更多的选择。

带有6MB三级高速缓存（带有9MB三级缓存的Fanwood年底推出）的Intel 安腾2处理器具有出色的并行计算能力，可扩充和可靠性，全面支持数据库、企业资源规划、供应链管理、业务智能以及诸如高性能计算（HPC）等其他数据密集型应用。

通过采用兼容原有Intel安腾2处理器的插座设计，它可以为OEM 和用户带来出色的投资保护。

此外，它还二进制兼容现有Intel安腾架构软件，并且还可以提供比原有Intel安腾2处理器高出30%-50%或更高的性能。

凭借大量执行资源、6.4GB/秒的系统总线带宽、6MB的集成三级高速缓存和1.5GHz的主频，新型Intel安腾2处理器能够以相当于同档RISC平台一半的交易成本，提供两倍的交易性能，同时还可提供毫不逊色的$/FLOPS4优势。

支持技术计算的领先性价比。

带有1.5MB三级高速缓存的Intel安腾2处理器1.5GHz为包括高性能和技术计算在内的计算密集型工作提供了领先的性价比，同时为网络前沿、安全性、和软件工程等应用提供了卓越的性能。

与可以提供业界领先的$/FLOPS的RISC 平台相比，专为DP服务器和工作站优化的带有1.5MB三级高速缓存的Intel安腾2处理器可提供更出色的性价比优势。

更低功耗更高密度系统。

采用低压Intel安腾2处理器的平台可以提供更低的功耗以支持与日俱增的计算密集型工作，这使得它成为数据中心内的高密度机架安装式和刀片式配置的理想选择；同时它也是运行网络前沿、安全应用和软件工程应用的入门级服务器和工作站的最佳选择。

Intel安腾2微体系结构的特性包括到集成高速缓存的快速访问，处理器与内存之间的出色带宽，以及可以显著高指令执行速度和吞吐率的大量执行资源。

（三）32位Intel架构（IA-32）软件应用
所有基于Intel安腾2处理器的系统都支持32Intel架构（IA-32）软件应用，从而用户移植到Intel安腾2架构提供了更高的灵活性。

现在，Intel提供了一种名为32位英特尔架构（IA-32）执行层（EL）的技术来支持32位英特尔架构（IA-32）软件应用。

目前，32位特尔架构（IA-32）执行层得到了Microsoft Windows Server 2003操作系统的支持，预计今年后期将有更多领先操作系统提供支持。

（四）安腾与Xeon、Opteron的区别
对于安腾处理器设计，Intel继续扮演激进分子，违背了公认的标准。

不是RISC或CISC方法，Intel退回到了曾经被用在老式大型机和昔日其它电脑中的技术VLIW（Very Long Instruction Word）。

不过Itanium不是一台严格意义上的VLIW机器，因为VLIW有一些众所周知的缺点已被Intel努力克服，而Intel 选择称呼他们的新方法为EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computer）。

对比Xeon和Opteron每个时钟周期发出最多三条指令的设计，Itanium 2能够每个时钟发出八条指令，这与VLIW设计不同，将来的Itanium芯片能发出更多的指令而无需重编译代码。

理论上，1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron 一样快。

当然那只是理论性能，全面系统设计将在决定系统的潜力能真正实现多少上扮演一个重要的角色。

为了帮助达到那样的潜力，Itanium芯片采用128-bit的系统总线，（暂时）使用标准的SDRAM。

更低的时钟速度结合更宽的总线使得SDRAM不像高速桌面系统下那么问题多多。

最初的Itanium设计Merced有四个整数单元（ALU），两个浮点单元（FPU）及三个分支单元（BRU），两个SIMD（也就是MMX/SSE）单元，和两个载入/存储单元 - 在其它CPU中也成为地址形成单元（AGU）。

后来修改过的McKinley设计有六个ALU，三个BRU，两个FPU，一个SIMD，两个载入单元和两个存储单元 - 有几分象拥有4个AGU，不过它们分工更细了。

另外，McKinley 有相当于Merced三倍的缓存带宽。

Merced也是六指令设计，具有更深的管线（10级）和更少的内存带宽 - 一个相当有问题的设计。

McKinley和后来的设计都是八指令设计，具有更短的管线（8级）和更多的内存带宽。

虽然Merced很少完全用到它的六指令设计，但McKinley的增强帮助它更接近于每个时钟发出最大的八条指令。

（五）安腾的机器划分
安腾的机器一般划分位小型机一类。

他是IA64的处理器，最开始有HP开发，后来和intel联合开发，由于intel开发不利，后来HP将compaq的开发人员转想开发安腾，所以在第二代安腾的时候就性能非常优异了。

Itanium是英特尔最初的基于64-位体系的微处理器。

随着Merced代码名称的发展，人们希望Itanium 和它下面的机构能提供用于服务和高端工作站市场的下一代软件的基础。

英特尔计划采用附加的IA-64微处理器，其代码名称为MCKinley，Madison和Deerfield。

除了支持64-位处理器和一套28寄存器之外，64-位设计允许使用非常大的内存(VLM)。

总之，这个体系开发出了明确地并行指令处理(EPIC)的特点，是英特尔和Hewlett-Packard的联合发展的成果。

这些提供了诊断和思考之间计算机指令并行处理操作的优势。

（六）双核安腾处理机的优势
双核安腾处理机的优势主要体现在以下几点：、
1．并行处理技术
2．显式并行指令计算技术
3．超线程技术
4．三级大容量高速缓冲存储器
5．硬件辅助虚拟化技术
6．高速缓存安全技术
三、习题
（一）选择题
1.中央处理器主要由（）等构成。

A.运算器
B.控制器
C.寄存器组
D.内部总线
答案：ABCD
2. 中央处理器、储存器和（）共同组成完整的PC机。

A.输入/输出接口
B.系统总线
C.运算器
D.内部总线
答案：AB
3.LED显示器集（）于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体。

A.微电子技术
B.计算机技术
C.信息处理
D.信息存储技术
答案：ABC
（二）简答题
1．安腾处理器的操作系统支持。

答：Windows Server 2008 R2将是最后一款支持Intel Itanium架构的Windows Server操作系统，同时，SQL Server 2008 R2和Visual Studio 2010的下一代版本也将不再支持Itanium。

根据微软产品支持周期政策，Itanium版本Windows Server 2008的主流支持将在2013年7月9日终结，扩展支持将持续到2018年7月10日。

微软解释说，本周Intel、AMD都发布了核心数量创新高的处理器，很多服务器制造商也都宣布了采用8个或更多x64处理器的服务器，此类包含64至96个处理器核心的服务器也将如雨后春笋般不断增多。

因此，微软决定逐渐淘汰对Itanium架构的支持。

据国外媒体报道，微软高级技术产品经理丹·雷格尔（Dan Reger）上通过官方博客网站称，新版Windows Server OS将不再支持英特尔的安腾处理器。

雷格尔说，“Windows Server 2008 R2将是支持安腾的最后一个Windows Server版本，SQL Server 2008 R2和Visual Studio 2010将分别是支持安腾的最后一个数据库和开发工具版本。

”这一消息对英特尔而言是一大挫折，英特尔一直在向服务器厂商推广安腾处理器。

英特尔今年2月份推出了最新款4核安腾处理器。

Linux开发商Red Hat 2月份宣布，其新版Linux 将不再支持安腾处理器。

市场研究公司Burton Group分析师尼克·辛普森（Nik Simpson）表示，微软在英特尔发布至强7500系列处理器当宣布这一消息“并非巧合”，至强7500包含安腾处理器的高端可靠性功能，“对于微软而言，可靠性是其支持安腾处理器的唯一原因。

安腾版Windows销量与x64版相比几乎可以忽
略不计，因此不支持安腾处理器对微软业务影响不大”。

雷格尔表示，“x64架构的发展使得处理器和服务器能够满足目前的关键任务负载所要求的可伸缩性和可靠性”，微软将在2013年7月份前对安腾版软件提供主流支持，2018年7月份前提供延伸支持。

英特尔最近宣布将在未来4年提供至少2代安腾处理器——代号分别为Poulson和Kittson。

惠普曾多次表示将支持安腾处理器。

微软的决定将引发对安腾处理器前景的新一轮质疑。

辛普森表示，对于安腾处理器的前景而言，微软的决定“很严重，但并非是灾难性的，至少目前不是灾难性的”。

大多数安腾处理器被用于惠普的HP-UX服务器中，但很快将只有数款企业级操作系统支持安腾处理器，其中包括Novell的Suse Enterprise Linux、Groupe Bull 的GCOS，以及惠普的HP-UX和OpenVMS。