CPU分類及控制技術(shù)方式

指令集的方式CPU的分類還可以按照指令集的方式將其分為精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)和復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(CISC)。RISC指令長(zhǎng)度和執(zhí)行時(shí)間恒定，CISC指令長(zhǎng)度和執(zhí)行時(shí)間不一定。 RISC 指令的并行的執(zhí)行程度更好，并且編譯器的效率也較高。CISC指令則對(duì)不同的任務(wù)有著更好的優(yōu)化，代價(jià)是電路復(fù)雜且較難提高并行度。典型的CISC指令集有x86微架構(gòu)，典型的RISC指令集有ARM微架構(gòu)。但在現(xiàn)代處理器架構(gòu)中RISC和CISC指令均會(huì)在譯碼環(huán)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，拆分成CPU內(nèi)部的類RISC指令。

嵌入式系統(tǒng)CPU傳統(tǒng)的嵌入式領(lǐng)域所指范疇非常廣泛，是處理器除了服務(wù)器和PC領(lǐng)域之外的主要應(yīng)用領(lǐng)域。所謂“嵌入式”是指在很多芯片中，其所包含的處理器就像嵌入在里面不為人知一樣。 [8] 近年來(lái)隨著各種新技術(shù)新領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，嵌入式領(lǐng)域本身也被發(fā)展成了幾個(gè)不同的子領(lǐng)域而產(chǎn)生了分化。 [8] 首先是隨著智能手機(jī)(Mobile Smart Phone)和手持設(shè)備(Mobile Device)的發(fā)展，移動(dòng)(Mobile)領(lǐng)域逐漸發(fā)展成了規(guī)模匹敵甚至超過(guò)PC領(lǐng)域的一個(gè)獨(dú)立領(lǐng)域。由于Mobile領(lǐng)域的處理器需要加載Linux操作系統(tǒng)，同時(shí)涉及復(fù)雜的軟件生態(tài)，因此，其具有和PC領(lǐng)域一樣對(duì)軟件生態(tài)的嚴(yán)重依賴。 [8] 其次是實(shí)時(shí)(Real Time)嵌入式領(lǐng)域。該領(lǐng)域相對(duì)而言沒(méi)有那么嚴(yán)重的軟件依賴性，因此沒(méi)有形成絕對(duì)的壟斷，但是由于ARM處理器IP商業(yè)推廣的成功，目前仍然以ARM的處理器架構(gòu)占大多數(shù)市場(chǎng)份額，其他處理器架構(gòu)譬如Synopsys ARC等也有不錯(cuò)的市場(chǎng)成績(jī)。 [8] 最后是深嵌入式領(lǐng)域。該領(lǐng)域更像前面所指的傳統(tǒng)嵌入式領(lǐng)域。該領(lǐng)域的需求量非常之大，但往往注重低功耗、低成本和高能效比，無(wú)須加載像Linux這樣的大型應(yīng)用操作系統(tǒng)，軟件大多是需要定制的裸機(jī)程序或者簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，因此對(duì)軟件生態(tài)的依賴性相對(duì)比較低。 [8]

大型機(jī)CPU大型機(jī)，或者稱大型主機(jī)。大型機(jī)使用專用的處理器指令集、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。大型機(jī)一詞，最初是指裝在非常大的帶框鐵盒子里的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以用來(lái)同小一些的小型機(jī)和微型機(jī)有所區(qū)別。 [9] 減少大型機(jī)CPU消耗是個(gè)重要工作。節(jié)約每個(gè)CPU周期，不僅可以延緩硬件升級(jí)，還可以降低基于使用規(guī)模的軟件授權(quán)費(fèi)。大型機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要包括以下兩點(diǎn)：高度虛擬化，系統(tǒng)資源全部共享。大型機(jī)可以整合大量的負(fù)載于一體，并實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化;異步I/O操作。即當(dāng)執(zhí)行I/O操作時(shí)CPU將I/O指令交給I/O子系統(tǒng)來(lái)完成，CPU自己被釋放執(zhí)行其它指令。因此主機(jī)在執(zhí)行繁重的I/O任務(wù)的同時(shí)，還可以同時(shí)執(zhí)行其它工作。

中央處理器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功有效提升了計(jì)算機(jī)的工作效率，在數(shù)據(jù)加工操作時(shí)，并不僅僅只是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的操作，中央處理器的操作是建立在計(jì)算機(jī)使用人員下達(dá)的指令任務(wù)基礎(chǔ)上，在執(zhí)行指令任務(wù)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)用戶輸入的控制指令與CPU的相對(duì)應(yīng)。隨著我國(guó)信息技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在人們生活、工作 以及企業(yè)辦公自動(dòng)化中得到廣泛應(yīng)用，其作為一種主控設(shè)備，為促進(jìn)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起著促進(jìn)作用，使 CPU 控制性能的升級(jí)進(jìn)程得到很大提高。指令控制、實(shí)際控制、操作控制等就是計(jì)算機(jī) CPU 技術(shù)應(yīng)用作用表現(xiàn)。 [2] (1)選擇控制。集中處理模式的操作，是建立在具體程序指令的基礎(chǔ)上實(shí)施，以此滿足計(jì)算機(jī)使用者的需求，CPU 在操作過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，滿足用戶的數(shù)據(jù)流程需求。 指令控制技術(shù)發(fā)揮的重要作用。根據(jù)用戶的需求來(lái)擬定運(yùn)算方式，使數(shù)據(jù)指令動(dòng)作的有序制定得到良好維持。CPU在執(zhí)行當(dāng)中，程序各指令的實(shí)施是按照順利完成，只有使其遵循一定順序，才能保證計(jì)算機(jī)使用效果。CPU 主要是展開(kāi)數(shù)據(jù)集自動(dòng)化處理，其 是實(shí)現(xiàn)集中控制的關(guān)鍵，其核心就是指令控制操作。 [2] (2)插入控制。CPU 對(duì)于操作控制信號(hào)的產(chǎn)生，主要是通過(guò)指令的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)將指令發(fā)給相應(yīng)部件，達(dá)到控制這些部件的目的。實(shí)現(xiàn)一條指令功能，主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)中的部件執(zhí)行一序列的操作來(lái)完成。較多的小控制元件是構(gòu)建集中處理模式的關(guān)鍵，目的是為了更好的完成CPU數(shù)據(jù)處理操作。 [2] (3)時(shí)間控制。將時(shí)間定時(shí)應(yīng)用于各種操作中，就是所謂的時(shí)間控制。在執(zhí)行某一指令時(shí)，應(yīng)當(dāng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，CPU的指令是從高速緩沖存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器中取出，之后再進(jìn)行指令譯碼操作，主要是在指令寄存器中實(shí)施，在這個(gè)過(guò)程中，需要注意嚴(yán)格控制程序時(shí)間。

CPU 蓬勃發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了許多的安全問(wèn)題。1994 年出現(xiàn)在Pentium處理器上的 FDIV bug(奔騰浮點(diǎn)除錯(cuò)誤)會(huì)導(dǎo)致浮點(diǎn)數(shù)除法出現(xiàn)錯(cuò)誤;1997年P(guān)entium處理器上的F00F異常指令可導(dǎo)致CPU死機(jī);2011年Intel處理器可信執(zhí)行技術(shù)(TXT，trusted execution technology)存在緩沖區(qū)溢出問(wèn)題，可被攻擊者用于權(quán)限提升;2017年 Intel管理引擎(ME，management engine)組件中的漏洞可導(dǎo)致遠(yuǎn)程非授權(quán)的任意代碼執(zhí)行;2018年，Meltdown 和Spectre兩個(gè)CPU漏洞幾乎影響到過(guò)去20年制造的每一種計(jì)算設(shè)備，使得存儲(chǔ)在數(shù)十億設(shè)備上的隱私信息存在被泄露的風(fēng)險(xiǎn)。這些安全問(wèn)題嚴(yán)重危害國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全及重要行業(yè)的信息安全，已經(jīng)或者將要造成巨大損失。