64位ARM新篇章 历数史上经典64位处理器

  近段时间以来,ARM高调宣示进入服务器领域,并推出首款64位架构处理器,不仅面向智能手机、平板电脑市场,也面向低功耗服务器领域。这一举动在64位处理器发展史上具有里程碑式的意义,谱写了处理器进程的新篇章。基于此,我们不由得会想起,64位处理器发展史上,那些最具精彩而又经典的处理器。

  在介绍历史上最经典的64位处理器之前,我们首先需要了解,什么是64位处理器?64位处理器与其他处理器有什么区别?在应用领域上是否有特定的要求。

64位ARM新篇章 历数史上经典64位处理器

  64位处理器是指处理器内部的通用寄存器的宽度为64比特,支持整数为64比特宽度的算术与逻辑运算。历史上出现了4位、8位、12位、16位、32位、以及128位(比如1976年亮相的Comparator)等类型的处理器。

  现在我们通常说的64位处理器,常常被用来描述CPU与外部进行通信的数据总线和地址总线为64比特位宽。相比目前广泛使用的32位处理器,64位处理器占用相同的数据会消秏更多的存储器空间(更庞大的指针),从而增加进程对存储器的需求,且可能会影响高性能处理器高速缓存的使用。

  然而,由于64位处理器采用的是64比特的位宽,一次可提取64位数据,比32位提高了一倍,拥有更大的寻址能力,性能自然也会提升1倍,而且它还支持更大的内存管理。

  当然,这种性能提升和实际应用,是需要借助相应的操作系统和软件系统来支撑的,也即是俗称的64位操作系统。另外,还需要有专门的硬件驱动程序(不同架构需要有不同的驱动),而常见的32位驱动并不能在64位架构平台上进行兼容。

  在大家对64位处理器有了初步了解之后,下面,我们来回顾历史上最为经典的64位处理器。

  1961年,IBM推出了IBM 7030 Stretch超级计算机,这款超级计算机所搭载的技术仍然被沿用至今,也是1961年至1964年间,全世界运行速度最快的计算机。

  这款超级计算机应用领域包括核弹开发、气象、国家安全和阿波罗登月计划的开展。它担负如此重任,当然与其超过的计算性能息息相关。而在当时堪称世界上最快运行速度的这款超级计算机,其实主要得益于采用了大量内存(256000个64位字节)和64位处理器模组。

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  IBM 7030 Stretch超级计算机

  在当时,它可以执行650000的浮点和1秒内完成35万次乘法运算。多达6个指令可被用在索引单元,5个指令专门用在并行运算单元。因此,在某些情况下可提供最多11条指令来执行运算。

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  IBM 7030 Stretch数据处理系统

  IBM 7030 Stretch超级计算机采用的是7101型CPU,它包含有大约169000个晶体管。整个IBM 7030数据处理系统的尺寸为67.5英寸*64.25英寸*29.5英寸(相当于1.7145m*1.63195m*0.7493m)。该系统包含了7101型CPU、7803功耗分布单元、7302 Core Storage、7619交换通道(提供8个I/O通道)、7620通道扩展、353磁盘存储单元、磁盘控制器、磁带控制器、打印机控制器、以及卡片穿孔机、控制台等模块组成,功耗为21.6KW。

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  IBM 7030 Stretch数据处理系统一角

  为了让如此庞大的数据处理系统能够充分发挥它的动能,该超级计算机配备有Master Control Program(MCP)主控程序,STRAP II assembler(STRetch Assembly Program)延伸汇编程序、FORTRAN IV编译器和Autocoder 2。

  刚才介绍的是首开64位计算先河的超级计算机,其搭载的并不是真正意义上的64位处理器。全球首个商用的64位处理器应该属MIPS公司于1991年推出的R4000。

  R4000并不是无中生有而被创建出来,而是MIPS早期32位R2000、R3000和R6000的扩展——它们都在处理器发展史上获得突破,但最大不同的地方是,R4000增加了内外部的数据通道带宽,也就是将寻址、寄存器和ALU算术逻辑单元增加到了64位。