服务器基础知识全解(汇总)一

中央处理器( CPU )是计算机的运算核心和控制核心。 CPU的主要功能是解释计算机的指令,处理计算机软件中的数据。 CPU由运算器、控制器、寄存器以及实现它们之间协作的数据、控制和状态总线构成。

CPU的工作原理分为提取( Fetch )、解码( decode )、执行)、回写( light back ) 4个阶段。 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,解码指令,执行指令。

CPU的主要性能参数包括主频、倍频和外部频率。 CPU主频也称为时钟频率,CPU主频是CPU的额定工作频率,如果内核数量和高速缓存大小相同,主频越高,CPU的性能越好。 主频越高,CPU处理数据的速度通常越快。 CPU的主频率=外部频率倍频系数。

为什么有外频率和倍频之分呢? 这与CPU的发展有关。 简单地说,因为CPU发展得太快,而且其他硬件不能以相同的频率交换,所以CPU妥协地把外部频率作为与母板上的其他部件之间通信的频率,并通过倍频调节来提高工作频率。

CPU的主频率,即CPU内核工作的时钟频率( CPU Clock Speed )。 一般所说的某个CPU是多少MHz,这几兆赫是“CPU的主频”。 外部频率是CPU的基准频率,单位为MHz。 处理器的外部频率决定了主板的整体运行速度。 倍增系数是指CPU主频率与外部频率的相对比例关系。 一般来说,同代(同引脚)的CPU,其外部频率大多相同,但根据倍频系数的变化,主频率不同。

英特尔睿频加速技术中文称为英特尔睿频加速技术,它使英特尔CPU在标称频率以上运行,并根据需要分配性能。

2017年7月,英特尔正式发布了名为Purley的新一代服务器平台,包括英特尔至强可扩展处理器( Intel Xeon Scalable Processor,SP ),同时也发布了四代至强5

可扩展的至强处理器不像E7、E5那样进行定位,而是像白金、黄金、银色和棕色那样进行定位。

Skylake是新命名方式的一代,Cascade Lake是第二代,与第二代共享Purley平台。

第一位数字:8(白金)、6/5 (金)、4 )银)、3 )铜)的第二位数字:(新命名体系下的)次第三、四位数字)具体SKU ) )库存单位)编号

英特尔处理器流程和体系结构更新现在已通过Tick-Tock进行。 Tick年(工艺年)更新制作流程,Tock年)更新微体系结构。

2006年,英特尔正式发布了酷睿2 /酷睿2处理器,并推出了每年更新CPU的“Tick-Tock”计划。 “Tick”表示CPU制造技术的改进,“Tock”表示CPU体系结构的更新。

Tick-Tock是钟表的“嘀嗒”的意思,一个嘀嗒表示1秒。 另一方面,在英特尔的处理器开发战略中,每个“Tick-Tock”都代表着两年一次的流程进步。

这样,在流程技术和核心架构两条提升道路上,总是交替进行,既可以避免同时创新带来的失败风险,又可以持续发展降低研发周期,对市场产生持续刺激,最终提高产品竞争力。

多核处理器将多个CPU (内核)集成在一个集成电路芯片( IC chip )中。 双核CPU有两个中央处理器,操作系统可以看到真正的两个内核,从而使两个不同的进程可以在不同的内核上同时运行,大大提高系统速度。 由于两个内核在一个芯片上,它们之间的通信也更快,系统延迟也更少。

超线程( Hyper Threading )实际上是一种并发多线程技术,是一种允许CPU执行多个控制流的技术。 其原理是将一个CPU用作两个,将一个具有超线程功能的物理CPU转换为两个逻辑CPU。 逻辑CPU对于操作系统来说与物理CPU相同。 因此,操作系统将为这两个“逻辑”CPU分配一个工作线程并运行,从而使“多个”或“单个”APP应用程序的多个线程可以同时在同一个CPU上运行。 注意:两个逻辑CPU共享一个物理CPU的所有执行资源。 实际上,超线程技术是CPU虚拟化。

多核处理器将多个CPU (内核)集成在单个集成电路芯片上。 多核CPU (处理器)是指在一个处理器中整合两个或多个完整的计算引擎( CPU )内核)。 超线程是一种允许单个CPU执行多个控制流的技术。

对于异构,从计算单元的角度来看,除x86处理器外的计算单元可以认为是GPU、FPGA加速器卡等异构单元。

从软件系统集群的角度来看,基于不同处理器的服务可以被认为是异构的,例如,基于E5-2650v4的大数据集群可以使用基于Gold 5115或鲲鹏916的服务器来扩展容量

对于公核来说,相对于单核,最初的芯片只有一个核,到达后续的双核(双核)和四核(四核)。 超过这个数的,10个以下核的,一般被称为多核( Multi Core )。 目前的CPU核心数量达到32~64个,被业界称为Manycore。 多核和核之间没有严格的限制。

随着云计算、大数据、人工智能技术的发展,边缘计算发挥着越来越重要的作用,用边缘计算计算越来越多的数据,弥补数据中心计算能力的需求。 边缘计算对计算体系结构的要求越来越多样化,为了满足不断增长的计算需求需要不同的处理器体系结构,同时GPU、NPU、FPGA等技术在特定领域的应用也越来越广泛由此,不同的CPU架构、不同的加速技术的应用应运而生。

目前,两大CPU处理器指令体系CISC和RISC架构互补,正在走向融合。 CISC借助RISC理念优化指令系统效率,RISC引入强化指令提高复杂任务处理效率。 因此,不需要在意CISC和RISC的区别。 这两种体系结构都非常先进,并将长期发展。

CISC复杂指令集的特征是指令多,一个指令执行多个功能。 优点在于,多媒体处理等特定功能执行效率高; 缺点是系统设计复杂,执行效率低; 典型的体系结构是x86。

RISC单工的特点是命令数少,复杂的任务是组合多个单工命令进行。 优点是执行常见任务效率高,功耗低。缺点是某些复杂任务(如多媒体处理)的处理效率低。 典型的体系结构包括ARM、Power、MIPS、alpha和SPARC。

RISC体系结构具有比x86体系结构更多的物理内核,适用于当前数据中心主流的分布式计算场景,包括大数据、分布式存储、HPC等; 功耗低、节能环保,功耗比相同性能的x86处理器低20%左右。

但是,与x86体系结构相比,RISC体系结构明显不足。 例如,单核的性能比x86稍弱; 与英特尔avx512相比,矢量命令的运算能力较弱,在HPC的部分场景中性能低于x86; 对通用场景没有任何影响

ARM体系结构RISC-V和MIPS体系结构都是比较主流和受欢迎的RISC体系结构,但它们之间有很大的区别。

ARM有更好的软件生态。 ARM处理器广泛应用于移动终端、IoT等领域,也建立了良好的软件生态。 移动端和数据中心的基本软件库是通用的,ARM性能更好: ARM是一种主流、活跃的体系结构,有众多主流参与者,发展迅速,目前性能堪比主流x86处理器。

MIPS公司经营不善,MIPS架构已经几乎没有发展。 Wave Computing公司推出了开源MIPS。 龙芯是中科院自主研发的通用CPU,由于基于MIPS指令集开发了几代CPU,MIPS技术还比较成熟。 MIPS指令集体系结构( ISA )和最新的MIPS核心R6于2019年第一季度发布。

随着技术贸易战的加剧,自主研发已成为现代热词,我国的CPU芯片研发公司也如雨后春笋,目前主要的CPU研发公司有华为( ARM )、飞腾( ARM )、海光)、龙芯)、MIPS

在这些公司中,有很多公司向服务器制造商提供芯片。 目前,使用上述芯片提供服务器的厂商有技嘉( Cavium )、hpe ( cavi um )、联想( Lenovo )、ampere ( ampere )、浪潮(波浪)、飞腾(长城)、同方)飞腾)

芯片的整体性能与制造工艺和芯的深度设计有关。 工艺越先进,芯片集成度越高,芯片主频越快,功耗相对越低,整体竞争力越强。

目前,主要的CPU芯片代工厂商为台湾积体电路制造( TSMC ),是世界上最大的晶圆代工大型企业,是世界上拥有最高7nm生产技术的台湾企业,制造技术处于世界领先地位。 另外,能够代理CPU生产的中国企业包括中芯国际、华虹半导体和华力微电子等公司,中芯国际预计2019年可实现14纳米技术,国产厂商也在迅速发展。

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