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防火墙硬件ASIC 、 NP、 X86、RISC 、 DSP 、ARM 技术介绍

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ASIC (Application Specific Integrated Circuit 是专用集成电路。



目前,在集成电路界 ASIC 被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。是指应特 定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。 ASIC 的特点是面向 特定用户的需求, ASIC 在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更 低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。



ASIC 分为全定制和半定制。全定制设计需要设计者完成所有电路的设计,因此需 要大量人力物力,灵活性好但开发效率低下。如果设计较为理想,全定制能够比半 定制的 ASIC 芯片运行速度更快。半定制使用库里的标准逻辑单元 (Standard Cell, 设计时可以从标准逻辑单元库中选择 SSI(门电路、 MSI( 如加法器、比较器等、数 据通路 (如 ALU 、存储器、总线等、存储器甚至系统级模块 (如乘法器、微控制器等 和 IP 核,这些逻辑单元已经布局完毕,而且设计得较为可靠,设计者可以较方便 地完成系统设计。



现代 ASIC 常包含整个 32-bit 处理器 ,类似 ROM、RAM 、 EEPROM、Flash的存储 单元和其他模块 . 这样的 ASIC 常被称为 SoC(片上系统。



FPGA 是 ASIC 的近亲,一般通过原理图、 VHDL 对数字系统建模,运用 EDA 软件 仿真、综合,生成基于一些标准库的网络表,配置到芯片即可使用。它与 ASIC 的 区别是用户不需要介入芯片的布局布线和工艺问题,而且可以随时改变其逻辑功 能,使用灵活。



NP(network process)网络处理器,是专门为处理数据包而设计的可编程处理器, 能够直接完成网络数据处理的一般性任务。硬件体系结构大多采用高速的接口技术 和总线规范,具有较高的 I/O 能力,包处理能力得到了很大提升。网络处理器一般 具有以下特点:



●并行处理器 : 采用多内核并行处理器结构。片内处理器按任务大致分为核心 处理器和转发引擎。



●专用硬件协处理器 : 对要求高速处理的通用功能模块采用专用硬件实现以提 高系统性能。



●专用指令集 : 转发引擎通常采用专用的精简指令集,并针对网络协议处理特 点优化。



●分级存储器组织 : NP存储器一般包含多种不同性能的存储结构,对数据进 行分类存储以适应不同的应用目的。



●高速I/O接口 : NP 具有丰富的高速I/O接口,包括物理链路接口、交换 接口、存储器接口、PCI总线接口等。通过内部高速总线连接在一起,提供很强 的硬件并行处理能力。



●可扩展性 : 多个NP之间还可以互连,构成网络处理器簇,以支持更为大型 高速的网络处理。



从网络处理器以上特点可以看出,与通用处理器相比,网络处理器在网络分组 数据处理上具有明显的优势。



x86 是一个 intel 通用计算机系列的标准编号缩写 ,也标识一套通用的 计算机指 令集合,X 与处理器没有任何关系,它是一个对所有 *86 系统的简单的通配符定义, 例如: i386, 586,奔腾 (pentium。由于早期 intel 的 CPU 编号都是如 8086,80286来编 号 ,由于这整个系列的 CPU 都是指令兼容的 ,所以都用 X86 来标识所使用的指令集 合如今的奔腾 ,P2,P4,赛扬系列都是支持 X86 指令系统的 ,所以都属于 X86 家族;



X86 指令集是美国 Intel 公司为其第一块 16 位 CPU(i8086 专门开发的,美国 IBM 公司 1981 年推出的世界第一台 PC 机中的 CPU--i8088(i8086 简化版使用的也是 X86 指令,同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的 X87 芯片系列数学协处 理器则另外使用 X87 指令,以后就将 X86 指令集和 X87 指令集统称为 X86 指令

集。虽然随着 CPU 技术的不断发展, Intel 陆续研制出更新型的 i80386、 i80486 直 到今天的 Pentium 4(以下简为 P4 系列,但为了保证电脑能继续运行以往开发的各 类应用程序以保护和继承丰富的软件资源,所以 Intel 公司所生产的所有 CPU 仍然 继续使用 X86 指令集,所以它的 CPU 仍属于 X86 系列。



RISC ( reduced instruction set compute,r 精简指令集计算机)是一种执行较少类型

计算机指令的微处理器,起源于 80 年代的 MIPS 主机(即 RISC 机), RISC 机中 采用的微处理器统称 RISC 处理器。这样一来,它能够以更快的速度执行操作(每 秒执行更多百万条指令,即 MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的 晶体管和电路元件,计算机指令集越大就会使微处理器更复杂,执行操作也会更

慢。



RISC 主要特点:

RISC 微处理器不仅精简了指令系统,采用超标量和超流水线结构;它们的指令数 目只有几十条,却大大增强了并行处理能力。如: 1987 年 Sun Microsystem公司推 出的 SPARC 芯片就是一种超标量结构的 RISC 处理器。而 SGI 公司推出的 MIPS 处理器则采用超流水线结构,这些 RISC 处理器在构建并行精简指令系统多处理机 中起着核心的作用。



RISC 处理器是当今 UNIX 领域 64 位多处理机的主流芯片 性能特点一:由于指令集简化后,流水线以及常用指令均可用硬件执行;

性能特点二:采用大量的寄存器,使大部分指令操作都在寄存器之间进行,提高了 处理速度;



性能特点三:采用缓存 — 主机— 外存三级存储结构,使取数与存数指令分开执行, 使处理器可以完成尽可能多的工作,且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。

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