微处理器结构与性能研究

Structure and Properties of

microprocessor

姓名： 学院：电气信息学院 专业：自动化专业 学号： 班级：32班 指导老师：蔡书午

1、课题技术背景（来自百度搜索引擎）

1.1 微处理器结构概论

自从人类19xx年发明晶体管以来，50多年间半导体技术经历了硅晶体管、集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路等几代，发展速度之快是其他产业所没有的。半导体技术对整个社会产生了广泛的影响，因此被称为“产业的种子”。中央处理器是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件，伴随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，被统称为“微处理器”。 今天，微处理器已经无处不在，无论是录像机、智能洗衣机、移动电话等家电产品，还是汽车引擎控制，以及数控机床、导弹精确制导等都要嵌入各类不同的微处理器。微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件。国际上的超高速巨型计算机，大型计算机等高端计算系统也都采用大量的通用高性能微处理器建造。

1.2 微处理器发展以及研究意义

CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。微机是指以大规模、 超大规模集成电路为主要部件， 以集成了计算机主要 部 件——控制器和运算器的微处理器MP(Micro Processor) 为核心， 所构造出的计算系经30多年的发展已经在人们的生活中占据着举足轻重的位置。

由于生产工艺、技术的改进，微处理器的价格十分低廉。这也是它易于 得到广泛应用的有利条件之一。I4004的价格起初是400美元左右，现在用2 美元就可以买一个功能比它强得多的微处理器。

微处理器是现代计算机系统的核心和引擎，它不仅提供计算机系统所需的处理能力，而且能够管理缓存，内存和互联子系统，支持整个系统实现多处理器并行计算。本次检索就是为了了解各种微处理器的一般内部结构和主要性能,从而通过对其内部结构的进一步改进和新型结构的研究来降低功耗、提高性能今天的人们或多或少都得与电子产品打些交道，或多或少都得与计算机有些关系。所以研究微处理器是有着非凡的意义的。

2、检索步骤

2.1 选择检索词

微处理器 microprocessor

CPU

结构 structure

architecture

构造 structure

性能 property

capability

功能 function

3.1中文数据库

3.1.1百度搜索引擎 3.1.1.1检索式

采用百度的高级检索，由于百度只有关键词这一字段，所以选择的检索式为：关键词=微处理器结构性能，并且是包含以上全部关键词。 3.1.1.2检索结果

在“高级搜索”中检索，找到相关网页约1,950,000篇，选择其中1篇： [1]

【题 名】EPIC高性能微处理器体系结构及其应用 【作 者】童小念 杨喜敏

【原文出处】计算机与数字工程2004 32(5)

【关 键 词】高性能微处理器 微处理器体系结构 并行运行指令

【摘 要】EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing)显式并行指令计算是当今高性能微处理器技术设计的新理念.本文分析了基于EPIC设计思想的安腾(Itanium)处理器体系结构特点,并介绍了安腾高性能微处理器的应用.

【收藏处所】.cn/D/Periodical_jsjyszgc200405005.aspx 3.1.2中国期刊全文数据库(CNKI)（该数据库均提供原文） 3.1.2.1检索式 A．（篇名=（微处理器or CPU）and（结构or 构造）and主题=（性能or功能） B．（篇名=（微处理器or CPU）and 摘要=（结构or 构造）and关键词=（性能or功能） 3.1.2.2检索结果

（1）用检索式A进行检索，命中43条，选择其中5条如下

[2]

【题 名】面向系统芯片测试的微处理器结构设计 【作 者】王党辉；

【原文出处】计算机工程与应用, 2009,(13), 81-83+89

【摘 要】采用内嵌微处理器作为测试控制器来测试系统芯片可以提高测试精度和速度,

降低测试成本。提出在微处理器结构上做改进,设计了测试数据接口和测试数据解压单元,可以对SOC测试起支持作用。实验结果表明所增加的硬件在电路面积上可接受,对电路性能没有影响,而且对微处理器的正常功能没有任何影响。

[3]

【题 名】32位嵌入式CPU的微体系结构设计

【作 者】马鹏;卢景芬;龚令侃;

【原文出处】计算机工程, 2008,(S1), 136-138

【摘 要】介绍一款自主设计的嵌入式CPU的微体系结构,给出流水线的设计、分支预测

的策略、乱序执行指令的顺序提交、精确异常等议题。提出了CPU内5个执行

单元的功能,以及CPU的存储子系统。目前该CPU的前端设计已经完成并通过

了FPGA验证

[4]

【题 名】RISC结构微处理器专用存储单元的研究与实现

【作 者】 张琰;戴紫彬;

【原文出处】电子技术应用, 2008,(07), 140-142+146

【摘 要】 分析了RISC微处理器结构的特点。针对分组密码的操作特征在RISC结构密

码专用微处理器中增加专用存储单元,用来专门存储密码运算的相关数据,同

时扩展了指令集,极大地减少了执行密码算法时的指令条数,提高了密码运算

效率,增强了其处理性能

[5]

【题 名】一种高性能分簇式超标量微处理器结构

【作 者】甘初晖;杨兵;喻明艳;

【原文出处】微处理机, 2008,(06), 39-42

【摘 要】随着超标量微处理器指令发射宽度的增大,流水线中各个部件的硬件复杂度以

及连线长度迅速增加,特别是当工艺线宽越来越小时,连线延迟成为阻碍处理器性能提高的瓶颈。我们提出了一种分簇式超标量处理器结构,在维持发射宽度不变的前提下能够有效降低硬件复杂度,缩短连线长度,减小延迟时间。通过对该分簇的处理器进行模拟并估算它们的物理寄存器组的延迟和面积,我们发现,对于2×4分簇结构,在寄存器组面积减少12%的同时,处理器性能至少可获得16%的提升。。

[6]

【题 名】同时多线程微处理器结构的性能功耗研究

【作 者】 郭松柳;汪东升;汤志忠;

【原文出处】计算机工程与应用, 2008,(28), 4-8

【摘 要】为同时多线程微处理器结构建立的准确的功耗评估模型,将可给出该结构中各

部件的功耗使用情况,进而可通过调整部件电压或优化部件结构的方法,达到

减少整体功耗的目的;同时,此功耗评估模型也可以作为高层功耗优化研究的

测试平台,为系统级、软件级功耗优化研究提供支持。

（2）用检索式B进行检索，命中67条，选择其中5条如下

[7]

【题 名】一种嵌入式异构双核微处理器

【作 者】陈芳园; 石伟; 任洪广; 王友瑞; 王志英; 陆洪毅;

【原文出处】国防科技大学学报, 2009,(04), 265-268

【摘 要】针对多核日益严重的功耗问题,利用异步技术在低功耗方面的优势,结合数据触

发结构设计并实现了一种嵌入式异构双核微处理器(ADTA-1)。该设计将异步设

计应用于嵌入式多核微处理器中,并在芯片中对异步微处理器进行了测试,验

证了异步电路在多核微处理器中的有效性和低功耗特性,为进一步设计和实现

低功耗异步多核微处理器进行了有益的探索。

[8]

【题 名】基于多微处理器的阀门电动装置控制器

【作 者】费向军;

【原文出处】阀门,,2009,(04), 21-23

【摘 要】介绍了阀门电动装置控制器的结构和工作原理,阐述了一种新型基于多个单片

微处理器的控制器软硬件结构,以及不同微处理器之间的数据交换原理和工作

方式

[9]

【题 名】浅析CPU维护及优化技巧

【作 者】陈丽;

【原文出处】网络与信息 2009,(01), 110-113

【摘 要】集成了百万计、千万计,甚至数亿计晶体管的CPU芯片,除了具有计算能力的电

路和结构,还拥有控制及指挥其他硬件电路相配合的中央控制器。由此可

见,CPU的健康状态,会对整套计算机系统的稳定运行产生举足轻重的影响。文

中分析了常见的CPU故障,并从常见故障角度,给出了保养及优化CPU性能的方

法。

[10]

【题 名】一种嵌入式CPU功能验证平台的设计

【作 者】虞致国; 魏敬和;

【原文出处】电子器件 2009,(02), 38-42

【摘 要】功能验证是嵌入式CPU设计中一项复杂而重要的工作。针对某8位嵌入式CPU

的设计要求,提出了一种嵌入式CPU的高度集成化的功能验证平台。该验证平

台集成了整个功能验证流程,包括验证程序开发、验证程序调试、验证数据生

成、验证Testbench、验证配置环境、覆盖率分析、结果比较和分析及基于FPGA

的硬件验证平台等。验证平台通过代码覆盖率的分析来改善验证的完备性。该

验证平台原理清晰,结构简单,扩展灵活,提高了功能验证的效率和自动程度,

对其它CPU验证平台的设计具有一定的参考价值。

[11]

【题 名】基于双CPU控制的低压馈电开关保护器的设计

【作 者】艾向成; 陈云信;

【原文出处】煤矿机械, 2009,(03), 227-231

【摘 要】提出了一种基于双CPU控制的低压馈电开关保护器的设计方案。实用新型保护

器采用双CPU结构,它能提供一种采样精确,抗干扰能力强,运作稳定,选择性

判断准确,且带有网络通讯功能的矿用低压馈电开关保护器。该装置的设计大

大提高煤矿供电系统的安全可靠性。

3.1.3中文科技期刊数据库（VIP）（该数据库均提供原文）

3.1.3.1检索式

A．（（M＝（微处理器+CPU）*（结构+构造））*（R＝性能+功能）

B．((M=微处理器+CPU)*(T=结构+构造))*(K=性能+功能)

3.1.3.2检索结果

（1）用检索式A进行检索，命中53条，选择其中5条如下：

[12]

【题 名】微处理器助推CNC性能提升

【作 者】C.G. Masi 辛磊夫

【原文出处】软件 2009 （6）51-54

【摘 要】事实上，正是对通用处理能力的需求导致了微处理器的普及。单纯半导体结构的经济性使大众市场产品的设计成本低廉，同时也得以更细化划分的市场，像数控产品这种为目标设计的成本却异常昂贵

[13]

【题 名】一种嵌入式微处理器cache存储体系结构设计

【作 者】鲍东星 李晓明

【原文出处】电测与仪表. 2007，44（ 8）37-40,52

【摘 要】本文介绍了一种基于32位整数单元的片上cache存储体系结构设计的方案。作为SOC平台的核心部件．本设计中所有模块均自行设计．采用自顶向下的设计方法，应用Verilog HDL硬件描述语言进行设计。总线接口符合AMBATM总线规范（Rev2.0）。为了对设计功能的有效性进行验证，还设计了一个基于AMBATM总线协议的通用SOC的系统虚拟验证平台。利用该平台对相关模型进行了调试和仿真。仿真结果表明，设计达到预期的功能要求

[14]

【题 名】微处理器体系结构模拟器SimpleScalar分析与优化

【作 者】金立忠 窦勇

【原文出处】计算机应用研究. 2006，23（8）197-198,202

【摘 要】Wiseonsin．Madison大学发布的SimpleSealar模拟器为处理器体系结构设计提供了多层次的支持。分析了整个模拟器的结构和工作流程，并通过测试分析得到了优化方法，该方法通过对模拟器编译配置的改进，能够缩短模拟时间50％左右，大大提高了工作效率。

[15]

【题 名】一种嵌入式微处理器中的在线调试模块设计

【作 者】杨金华 杨松华 张琨

【原文出处】集成电路应用2005（9）50-52

【摘 要】文章提出了一种嵌入式微处理器的在线调试模块。这个模块可以用较少的硬件开支实现一些强大的调试功能：响应硬件和软件触发、提供开始／停止调试模式、单步调试操作、程序执行的跟踪、代码内存、外部数据存储器、SFR、内部数据存储器的读和写。文章首先介绍了嵌入式微处理器可调试模块设计的原理，其次介绍了在线调试的结构设计，最后给出结论和分析

[16]

【题 名】一种用于CPU升级的硬件结构的设计与实现

【作 者】马保全 龚龙庆

【原文出处】计算机时代 2005（6）43-44

【摘 要】介绍了一种CPU升级的硬件结构设计，采用了子／母板的工作模式。在不改动原系统的情况下提高系统的处理性能，此硬件结构可根据不同的处理需求选择不同的CPU，具有良好的灵活性。本文对于系统升级有一定的借鉴意义。

（2）用检索式B进行检索，命中13条，选择其中3条如下：

[17]

【题 名】体系结构级高性能低功耗Cache的研究

【作 者】郭鹏 肖建华 黄哲

【原文出处】湖南工程学院学报：自然科学版. 2005，15（3）45-48

【摘 要】高性能和低功耗是便携式计算机的必要要求，Cache存储器在减小微处理器和主存之间的性能差距上起着关键作用，但同时它又是主要的耗能部件之一，着重讨论了体系结构级的高性能低功耗Cache存储器的相关技术

[18]

【题 名】微处理器体系结构模拟器SimpleScalar分析与优化

【作 者】金立忠 窦勇

【原文出处】计算机应用研究 2006，23（8）197-198,202

【摘 要】Wiseonsin．Madison大学发布的SimpleSealar模拟器为处理器体系结构设计提供了多层次的支持。分析了整个模拟器的结构和工作流程，并通过测试分析得到了优化方法，该方法通过对模拟器编译配置的改进，能够缩短模拟时间50％左右，大大提高了工作效率。

[19]

【题 名】高性能微处理器的微体系结构能量有效性

【作 者】易会战 杨学军

【原文出处】计算机学报 2004，27 （7）874-880

【摘 要】降低处理器的能量消耗，提高能量使用的有效性是高性能微处理器进一步发展的关键问题．传统的依靠工艺改进降低功耗的方法已经不能满足功耗增长的要求．线路层、门层等低层能量优化方法已经得到广泛研究．更高层次的微体系结构层、编译层和应用层的优化是更有效的优化方法，但是现在一直缺乏很好的比较微体系结构能量有效性的尺度．该文给出了比较微体系结构能量有效性的方法，提出微体系结构能量有效性尺度Metricarch．作者使用该尺度对高性能微处理器的微体系结构能量有效性进行了研究，对最新的高性能微体系结构的能量有效性进行了比较分析，进而，得出结论：现代微处理器的微体系结构能量有效性呈现下降趋势，当前系统能量有效性发展主要还是来自于工艺水平的提高，能量有效性高的微体系结构代表了高性能微处理器发展的方向．

3.1.4国家知识产权局专利数据库（）（该数据库均提供原文）

3.1.4.1检索式

A．（名称=微处理器） and （摘要=结构 or 性能）

B．（名称=微处理器and结构）and（摘要=性能）

3.1.4.2检索结果

（1）用检索式A进行检索，命中发明专利 59 条，选择其中2条如下：

[20]

【发明名称】增加微处理器的缓存器数量的机制

【发 明 人】G·葛兰·亨利;罗德·E·胡克

【公 告 号】 CN1414464

【摘 要】本发明涉及一种用于存取微处理器内的延伸缓存器的装置及方法。该装置包括一转译逻辑与一延伸缓存器逻辑。该转译逻辑将一延伸指令转译为对应的微指令。该延伸指令具一延伸前置码与一延伸前置码标志。该延伸前置码指定缓存器地址延伸项，以指出该延伸缓存器，其中该延伸缓存器不能藉一既有指令集来指定。该延伸前置码标志指出该延伸前置码，且为该既有指令集内另一依据结构所指定的操作码。该延伸缓存器逻辑耦接至该转译逻辑，用以接收该对应的微指令，并存取该延伸缓存器。

[21]

【发明名称】采用双指令集的32位嵌入式微处理器

【发 明 人】徐科;王文婷;忻凌;闵昊

【公 告 号】 CN1450450

【摘 要】 本发明为一种采用新体系结构的32位嵌入式微处理器，能够处理本地RISC指令和Java卡虚拟机两套指令集。它由取指单元、指令cache、指令译码电路、指令折叠电路、通用寄存器组、数据运算单元、内存单元、前推电路、异常处理单元等部分构成。其中，指令cache和指令折叠电路仅在执行Java卡虚拟机指令时有效，与此同时，通用寄存器组映射为堆栈cache。本发明中的微处理器可以同时支持两套指令集，并且之间能够方便的进行无缝切换，而电路面积与传统不支持Java卡虚拟机的处理器相比，增加不到20％。

（2）用检索式B进行检索，命中发明专利1条，如下：

[22]

【发明名称】一种高性能微处理器结构寄存器保留恢复指令的实现方法

【发 明 人】胡向东;王 飙

【公 告 号】 CN101446891

【摘 要】本发明公开了一种高性能微处理器结构寄存器保留恢复指令的实现方法。包括一类结构寄存器保留恢复指令，一套保留恢复指令转换逻辑，结构寄存器保留缓冲存储器，以及数据流装入队列和数据流存储队列。其中所述的结构寄存器保留恢复指令，由保留恢复指令转换逻辑转化为带有特殊标志的存储装入指令，由存储访问控制部件对结构寄存器保留恢复缓冲存储器进行读写操作，完成对结构寄存器的保留和恢复操作。本发明通过存储装入指令所使用的存储和装入队列解决保留缓冲存储器真相关性冲突和推测写入问题，同时将保留缓冲存储器独立于现有微处理器中多级 Cache结构之外，保证对保留恢复缓冲存储器的访问延时始终与命中一级数据Cache的存储装入指令延时相同，既能有效缩短结构寄存器的保留和恢复延时，又能有效利用现有存储访问控制硬件逻辑，不必增加过多的硬件设计复杂度和硬件开销。

3.2外文数据库

3.2.1 EI Village

3.2.1.1检索式

A．(KY=(microcomputer OR CPU AND ( structure OR lcomponents ) AND （(AB= property

or cacapinity)

B (AB=(microcomputer OR CPU AND ( structure OR lcomponents ) AND （(KY= property

or cacapinity)

3.2.1.2检索结果

（1）用检索式A进行检索，命中15条，选择其中1条如下：

[23]

【Title】A High Performance Multifrontal Code for Linear Solution of Structures

Using Multi-Core Microprocessors

一种利用多线性解的结构高性能多波守则核心微处理器

【Authors】Guney, Efe1; Will, Kenneth1

【Source】Tsinghua Science and Technology, v 13, n SUPPL. 1,p 34-39, October 2008

【ISSN】10070214

【Abstract】his paper evaluates the thermal performance of an acetone-charged vapor chamber heat sink containing new microwick structures for cooling microprocessors in PC desktop applications.

本文评价了一丙酮的热性能，收费蒸汽室散热冷却含在PC桌面应用微处理器的新microwick结构。

【collection】四川大学图书馆文理馆外文图书库有收藏，索书号：TM271/H236E1/V.2

（2）检索式B进行检索，命中25条，选择其中1条如下：

[24]

【Title】Advanced transistor structures for high performance microprocessors

高性能微处理器先进的晶体管结构

【Authors】Horstmann, M.1; Greenlaw, D.1; Feudel, Th.1; Wei, A.1; Frohberg, K.1; Burbach, G.1; Gerhardt, M.1; Lenski, M.1; Stephan, R.1; Wieczorek, K.1; Schaller, M.1; Hohage, J.1; Ruelke, H.1; Klais, J.1; Huebler, P.1; Luning, S.1; Van Bentum, R.1; Grasshoff, G.1; Schwan, C.1; Cheek, J.2; Buller, J.2; Krishnan, S.2; Raab, M.1; Kepler, N.2

【Source】004 International Conference on Integrated Circuit Design and Technology, ICICDT, p 65-71, 2004, 2004 International Conference on Integrated Circuit Design and Technology, ICICDT

【ISSN】0780385284

【Abstract】This paper describes that two kinds of microcomputer-based protections structures which are based on MPU 4-2DSP structure and MPU + 1DSP structure respectively, and gives their methods of programming. At the same time, through analyzing the advantages and disadvantages of these two relay structures, it is easily accepted the concept that the relay structure with one MPU and one high performance DSP has more superiority

本文介绍这两种类型的微机型保护结构在微控制器是基于4 2DSP结构微控制器+ 1DSP结构，分别给出了编程的方法。同时，通过分析的优点和两个接力结构坏处，也容易被接受的概念，与一个微控制器和一个高性能的DSP继电器结构有更多的优越性

【collection】四川大学图书馆文理馆外文期刊库有收藏，索书号：586NA001-W

3.2.2 SCI-E

3.2.2.1检索式

A TI= (microcomputer or CPU) AND (structure OR architecture ) AND TS=（property OR

capability）

B TS=(microcomputer or CPU) AND (structure OR architecture ) AND TI=property OR

capability）

3.2.2.2检索结果

（1）用检索式A行检索，命中12条，选择其中2条如下：

[25]

【Title】Quantitative thermal performance evaluation of a cost-effective vapor

chamber heat sink containing a metal-etched microwick structure for advanced microprocessor cooling

定量的具有成本效益的蒸汽室热沉的热性能评价含有金属蚀刻的先进的冷却结构的微处理器.

【Authors】Go JS

【Source】SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL 卷: 121 期: 2 页: 549-556

【Abstract】This paper evaluates the thermal performance of an acetone-charged vapor chamber heat sink containing new microwick structures for cooling microprocessors in PC desktop applications. To obtain a high microchannel-aspect ratio, three

metal-etched wick plates were stacked and inserted into the 2-mm high vapor chamber. Cooling performance was examined by measuring the working temperatures and thermal resistances for the various heat inputs and for three different angles of tilt. The assembled vapor chamber heat sink showed a heat removal capacity of 80 W/cm(2) at the junction temperature of 85 degrees C and an ambient temperature of 24 degrees C, indicating an overall thermal resistance of 0.76 degrees C/W. It also worked successfully for a high heat input of 140 W. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

本文评价了一丙酮的热性能，收费蒸汽室散热冷却含在PC桌面应用微处理器的新microwick结构。为了获得高微，高宽比，三金属蚀刻板芯，堆和到2毫米高的蒸汽室插入。对冷却性能进行了检查，测量工作温度及各种热能热电阻和三个不同角度的倾斜。组装蒸汽室的散热片显示。

【ISSN】0924-4247

【collection】四川大学图书馆文理馆收藏 索书号：TM271/H236E1

[26]

【Title】Research on the hardware and software structure of two microprocessor-based

protections

在硬件和软件两个微处理器结构的研究为基础的保护

【Authors】Pan Jun-jun; Yin Xiang-gen; Zhang Zhe

【Source】Relay 卷: 34 期: 7 页: 78-82

【ISSN】1003-4897

【Abstract】To meet the four principles of the microprocessor-based relay, the third generation microprocessor-based relay made in China always has the structure of MPU + DSP. This paper describes that two kinds of microcomputer-based protections structures which are based on MPU 4-2DSP structure and MPU + 1DSP structure respectively, and gives their methods of programming. At the same time, through analyzing the advantages and disadvantages of these two relay structures, it is easily accepted the concept that the relay structure with one MPU and one high performance DSP has more superiority

为了满足微处理器的四项原则为基础的继电器，第三代微处理器为基础的接力在中国取得素有+ DSP的微处理器结构。本文介绍这两种类型的微机型保护结构在微控制器是基于4 2DSP结构和微控制器+ 1DSP结构，分别给出了编程的方法。同时，通过分析的优点和两个接力结构坏处，也容易被接受的概念，与一个微控制器和一个高性能的DSP继电器结构有更多的优越性

【collection】四川大学图书馆文理馆有收藏，索书号：739B001-W

（2）检索式B索，命中8条，选择其中1如下：

[27]

【Title】Reducing fault sensitivity of microprocessor-based systems by modifying

workload structure

减少微机故障的敏感性，通过修改工作量的结构为基础的系统

【Authors】Audet, D.; Masson, S.; Savaria, Y.

【Source】Proceedings 1998 IEEE International Symposium on Defect and Fault Tolerance in VLSI Systems (Cat. No.98EX223) 页: 241-9

【ISSN】0141-5492

【Abstract】The use of off-the-shelf components in microprocessor-based systems can limit the applicability of a number of hardware fault-tolerance methods. Software techniques offer attractive solutions to improve the reliability of systems operating in a hostile environment. The fault sensitivity of a system running a critical application obviously depends on the application execution time and the amount of memory it uses. This study shows that the program structure also has a significant influence on fault sensitivity. Program characteristics, such as the size and duration of iterative and sequential sections, are required to determine the sensitivity profile. It is shown that, provided data dependency is not affected one can rearrange the program structure to significantly reduce the average sensitivity of a program. Straightforward analysis of the sensitivity profile allows one to estimate the reduction. A simple example of code rearrangement is described and it is shown that a 50% reduction could be achieved with respect to the initial structure. The magnitude of the reduction varies from one application to another 在使用现成的微处理器的现成元件的系统可以限制的一些硬件故障容错方法的适用性。软件技术提供具有吸引力的解决方案，以改善在恶劣环境中作业系统的可靠性。正在运行的关键应用，显然取决于应用程序的执行时间和内存量，它使用系统故障的灵敏度。这项研究表明，程序的结构也对故障的敏感性显着影响。计划总如大小和迭代和时间顺序部分aracteristics，必须确定的敏感性文件。结果表明，提供数据的依赖不会受到影响，可以重新安排程序的结构大大降低程序的平均灵敏度。文件的敏感性分析，允许一个正直的估计减少。重排的代码简单的例子说明，并表明，50％可减少方面取得的初步结构。在减少的幅度不同，从一个应用程序到另一个

【collection】中国科学院国家科学图书馆成都分馆有收藏

3.2.3 IEEE (该数据库均提供原文）

3.2.3.1检索式

A Microcomputer and structure and quality

B (Microcomputer OR CPU) and structure and quality

（1）用检索式A进行检索，命中53条，选择其中2条如下：

[28]

【Title】Real-Time Rendering of Highly Complex Dynamic Scenes Based on Parallel

Multi-Core Architectures

实时的高度复杂的动态场景的并行绘制基于多内核架构

【Authors】Lei Zhao; Xu DuanQing;

【Source】Information Management and Engineering, 2009. ICIME '09. International On page(s): 593 - 597

【Abstract】This paper uses parallel multi-core architectures and dynamic generated data structure (BVH) to real-time render highly complex dynamic deformable scenes, In particular, bounding volume hierarchies (BVHs) are efficient acceleration structures that handle complex triangle distributions and can accommodate deformable scenes by updating the bounding primitive without restructuring the entire tree. this method can render large outdoor complex dynamic mesh scenes or archaeological site acquired by scanner with high image quality with deformable scenes. Our method utilizes the hierarchical spatial structure to calculate the set of point-sample dynamically instead of randomly.

[29]

【Title】Service Augmentation for High End Interactive Data Services

服务提升高端互动数据服务

【Authors】Wolf, M. Abbasi, H. Collins, B. Spain, D. Schwan, K.

【Source】Cluster Computing, 2005. IEEE International On page(s): 1 - 11

【Abstract】the resources that may be brought to bear, including CPUs and GPUs on servers and additional data manipulations on server, overlay, and client nodes. A formal structure and experimental evaluations of this concept are performed with the SmartPointer scientific visualization and annotation framework, for which we show that data-driven SLAs provide improved client flexibility and the ability to maintain application-specific notions of quality of service.

（2）用检索式B进行检索，命中93条，选择其中2条如下：

[30]

【Title】Random Pattern Testability

随机模式可测性

【Authors】Savir, Jacob Ditlow, Gary S. Bardell, Paul H.

【Source】Computers, IEEE Transactions on On page(s): 79 - 90

【Abstract】A major problem in self testing with random inputs is verification of the test quality, i.e., the computation of the fault coverage. The brute-force approach of using full-fault simulation does not seem attractive because of the logic structure volume, and the CPU time encountered. A new approach is therefore necessary. This paper describes a new analytical method of computing the fault coverage that is fast compared with simulation. If the fault coverage falls below a certain threshold, it is possible to identify the ``random-pattern-resistant'' faults, modify the logic to make them easy to detect, and thus, increase the fault coverage of the random test.

[31]

【Title】Sinus Endoscopy - Application of Advanced GPU Volume Rendering for Virtual Endoscopy）

鼻窦内窥镜 - 高级图形批量应用虚拟内窥镜渲染

【Authors】Kruger, A. Kubisch, C. Strauss, G. Preim, B.

【Source】Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on

Publication Date: Nov.-Dec. 2008 On page(s): 1491 - 1498

【Abstract】For difficult cases in endoscopic sinus surgery, a careful planning of the intervention is necessary. Due to the reduced field of view during the intervention, the surgeons have less information about the surrounding structures in the working area compared to open surgery. Virtual endoscopy enables the visualization of the operating field and additional information, such as risk structures

4.检索效果评价

4.1检索结果总体评价

本课题的目的在于了解国内微处理器结构性能发展状况以及取得的新进展，要求掌握较为详尽的各方面资料，因此，查全率在本课题中占着较为重要的地位。同时，欲获取有效而准确的信息，则必需有较高的查准率作保障，故在检索过程中大多数检索词均放在能够同时提高查全率和查准率的字段中（如CNKI的“主题”字段，VIP的“M”字段，EI的“KY”字段，SCI-E的“TS”字段等）。

从检索的结果来看，大多数检索式都能在不同的数据库中获得两位数的检索结果，对于

少数几个只有一位数的情况，则明显地是缩小了检索式的宽泛性（如国家知识产权局专利数 据库的“名称”字段，EI的“TI”字段，Elsevier的“TITLE”字段），提高了查准率。因此， 检索的结果较好，基本达到了查全查准的目的。

4.2影响检索效果的因素

4.2.1检索词的影响

检索词的选择直接影响到检索效果的好坏。本课题由于对查全率的要求较高，因此可供选择的检索词必然不多，且基本都应该是重要的限定词，如果加入非限定词，则势必会降低查全率。

对于中文检索词，“微处理器”、“结构”和“性能”是三个必需的检索限定词。而它们所对应的同义词“CPU”、“构造”也应该考虑在内，以提高查全率。例如在CNKI中，用检索式B“（主题=（微处理器or CPU）and （结构or构造））and（篇名=性能）”检索，得到67条记录，而去掉其中的“CPU”和“构造”，则只有43条记录，查全率有所降低。因此，同义词对于在中文数据库的检索中提高查全率起着至关重要的作用。

对于外文数据库，相应的“microcomputer”、“structure”和“quality”是标准的限定词。然而外文由于其文字的特点，表达同样的意思可能出现不同的句式，导致词性不同。所以应用后截词才能提高查全率。

4.2.2检索式的影响

检索式同样也影响查全率和查准率。如前所述，将检索词放入不同的字段，能够得到不 同的检索结果。CNKI的“主题”字段、VIP的“M”字段、EI的“KY”字段、SCI-E的“TS” 字段和Elsevier的“TITLE-ABSTR-KEY”字段可以同时提高查准查全率，而CNKI的“篇 名”字段、VIP的“T”字段、专利数据库的“名称”字段、EI和SCI-E的“TI字段都会影响到查全率和查准率，例如把最明显的限定词放在TS字段和放在T字段，前者能够检索到37条记录而后者却检索到121条记录，会影响查全率和查准率。

4.2.3数据库的影响

不同的数据库，所收藏的资源的多少和类型有所不同，检索方式和检索技术也有所差别，这就意味着同一课题在不同的数据库中检索会出现不同的结果。例如，CNKI和VIP两个数据库，其比较如下表所示：

本课题中，应用CNKI检索所得的记录明显多于VIP：（36+46）/（28+25）。由此看出两个数据库的不同之处。

另外，不同性质的数据库，其检索的结果会有很大不同。例如，本课题中专利数据库的文献明显少于期刊数据库的文献，这与专利的特点有一定关系。

再则，数据库的语言类型不同，检索结果也有所不同。本课题的中文文献明显多于外文文献，因此在检索过程中，中文文献限定在近五年（2002-2007），而外文文献的检索则放宽到近十年（1997-2007）。这也说明了不同国家，不同地区，人们研究的对象侧重点有所不同，从而导致了文献数量的差异。

5.综述

5.1概述

把CPU集成在一个集成电路芯片上就构成了微处理器，而CPU由运算器，控制器，存储器和I/O6控制逻辑构成。随着芯片的制造工艺和使用技术的发展，微处理器的 性能也有很大提高，尤其是工作速度和存储容量差不多都提高了近100倍，海量的信息，信息的存储，处理和交换，都需要微处理器有更强大的能力，处理器从32位向64位过度是历史的必然，现今微处理器已经进入64位时代，而价格却在急剧下降。以80x86系列微处理器为例，其发展经历了8086 80386 80486 奔腾 p6系列 奔腾二 奔腾三 IntelPentium4处理器 Intel超线程处理器 Intel双核处理器

采用内嵌微处理器作为测试控制器来测试系统芯片可以提高测试精度和速度,降低测试成本。提出在微处理器结构上做改进,设计了测试数据接口和测试数据解压单元,可以对SOC测试起支持作用。实验结果表明所增加的硬件在电路面积上可接受,对电路性能没有影响,而且对微处理器的正常功能没有任何影响[2].

降低处理器的能量消耗，提高能量使用的有效性是高性能微处理器进一步发展的关键问题．传统的依靠工艺改进降低功耗的方法已经不能满足功耗增长的要求．线路层、门层等低层能量优化方法已经得到广泛研究．更高层次的微体系结构层、编译层和应用层的优化是更有效的优化方法，但是现在一直缺乏很好的比较微体系结构能量有效性的尺度．该文给出了比较微体系结构能量有效性的方法，提出微体系结构能量有效性尺度Metricarch．作者使用该尺度对高性能微处理器的微体系结构能量有效性进行了研究，对最新的高性能微体系结构的能量有效性进行了比较分析，进而，得出结论：现代微处理器的微体系结构能量有效性呈现下降趋势，当前系统能量有效性发展主要还是来自于工艺水平的提高，能量有效性高的微体系结构代表了高性能微处理器发展的方向[19]．

Wiseonsin．Madison大学发布的SimpleSealar模拟器为处理器体系结构设计提供了多层次的支持。分析了整个模拟器的结构和工作流程，并通过测试分析得到了优化方法，该方法通过对模拟器编译配置的改进，能够缩短模拟时间50％左右，大大提高了工作效率[14]。

这样为提高微处理器的性能又打开了一条新的门路，微处理器可以大大提高其运行性能。

C.G. Masi 辛磊夫等提出，正是对通用处理能力的需求导致了微处理器的普及。单纯半导体结构的经济性使大众市场产品的设计成本低廉，同时也得以更细化划分的市场，像数控产品这种为目标设计的成本却异常昂贵[12] 。

现在已经有很多厂家或者研究机构在研究CPU的升级方法，企图通过进一步改变结构来使CPU的运行性能得到进一步的提高。

马保全 龚龙庆介绍了一种CPU升级的硬件结构设计，采用了子／母板的工作模式。在不改动原系统的情况下提高系统的处理性能，此硬件结构可根据不同的处理需求选择不同的CPU，具有良好的灵活性。本文对于系统升级有一定的借鉴意义[16]。

同时郭鹏 肖建华 黄哲等又提出了高性能和低功耗是便携式计算机的必要要求，Cache存储器在减小微处理器和主存之间的性能差距上起着关键作用，但同时它又是主要的耗能部件之一，着重讨论了体系结构级的高性能低功耗Cache存储器的相关技术[17] 。

虽然微处理器的技术发展已经非常成熟了，但是现在仍然可以看到很多关于微处理器

结构性能升级的一些发明，说明微处理器性能还有很大的上升空间。

G·葛兰·亨利;罗德·E·胡克提出的增加微处理器的缓存器数量的机制的专利发明，提出了 一种用于存取微处理器内的延伸缓存器的装置及方法。该装置包括一转译逻辑与一延伸缓存器逻辑。该转译逻辑将一延伸指令转译为对应的微指令。该延伸指令具一延伸前置码与一延伸前置码标志。该延伸前置码指定缓存器地址延伸项，以指出该延伸缓存器，其中该延伸缓存器不能藉一既有指令集来指定。该延伸前置码标志指出该延伸前置码，且为该既有指令集内另一依据结构所指定的操作码。该延伸缓存器逻辑耦接至该转译逻辑，用以接收该对应的微指令，并存取该延伸缓存器[20]。

徐科;王文婷;忻凌;闵昊也提出了采用双指令集的32位嵌入式微处理器的发明，一种采用新体系结构的32位嵌入式微处理器，能够处理本地RISC指令和Java卡虚拟机两套指令集。它由取指单元、指令cache、指令译码电路、指令折叠电路、通用寄存器组、数据运算单元、内存单元、前推电路、异常处理单元等部分构成。其中，指令cache和指令折叠电路仅在执行Java卡虚拟机指令时有效，与此同时，通用寄存器组映射为堆栈cache。本发明中的微处理器可以同时支持两套指令集，并且之间能够方便的进行无缝切换，而电路面积与传统不支持Java卡虚拟机的处理器相比，增加不到20％[21]。

并且微处理器的应用已经升入到每个人的生活当中，他并不是仅仅作为运算器，计算机的重要部件，而且也作为构成我们生活当中很重要的电器的重要部分。

Go JS提出的定量的具有成本效益的蒸汽室热沉的热性能评价含有金属蚀刻的先进的冷却结构的微处理器，价了一丙酮的热性能，收费蒸汽室散热冷却含在PC桌面应用微处理器的新microwick结构[25] 。

第三代微处理器为基础的接力在中国取得素有+ DSP的微处理器结构。本文介绍这两种类型的微机型保护结构在微控制器是基于4 2DSP结构和微控制器+ 1DSP结构，分别给出了编程的方法。同时，通过分析的优点和两个接力结构坏处，也容易被接受的概念，与一个微控制器和一个高性能的DSP继电器结构有更多的优越性[26] 。

5.2问题与展望

微处理器的嵌入式应用（即把微处理器嵌入至某一智能设备，例如，机顶盒，手机中），是微处理器发展最快，应用最广的一个方面。据统计，全世界生产的大规模集成电路芯片，80%应用于嵌入式系统中微处理器是现代计算机系统的核心和引擎，它不仅提供计算机系统所需的处理能力，而且能够管理缓存，内存和互联子系统，支持整个系统实现多处理器并行计算。

微处理器已经发展的非常成熟但是通过改变其结构而提高性能的方法还有很大的上升空间。微处理器是现代计算机系统的核心和引擎，它不仅提供计算机系统所需的处理能力，而且能够管理缓存，内存和互联子系统，支持整个系统实现多处理器并行计算。本次检索就是为了了解各种微处理器的一般内部结构和主要性能,从而通过对其内部结构的进一步改进和新型结构的研究来降低功耗、提高性能

所以研究微处理器的性能对人们的生活还是工业生产都是具有非凡的意义的。

拟做教学范例