[基礎(chǔ)科學(xué)]CPU的主要性能指標(biāo)

1、.CPU的主要性能指標(biāo)    CPU的英文全稱(chēng)是Central Processing Unit，即中央處理器。CPU從雛形出現(xiàn)到發(fā)展壯大的今天，由于制造技術(shù)的越來(lái)越先進(jìn)，其集成度越來(lái)越高，內(nèi)部的晶體管數(shù)達(dá)到幾百萬(wàn)個(gè)。雖然從最初的CPU發(fā)展到現(xiàn)在其晶體管數(shù)增加了幾十倍，但是CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然可分為控制單元，邏輯單元和存儲(chǔ)單元三大部分。CPU的性能大致上反映出了它所配置的那部微機(jī)的性能，因此CPU的性能指標(biāo)十分重要。 CPU主要的性能指標(biāo)有以下幾點(diǎn)：     第一：主頻，也就是CPU的時(shí)鐘頻率，簡(jiǎn)單地說(shuō)也就是CPU的工作頻率。

2、一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)時(shí)鐘周期完成的指令數(shù)是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快了。不過(guò)由于各種CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不盡相同，所以并不能完全用主頻來(lái)概括CPU的性能。至于外頻就是系統(tǒng)總線的工作頻率；而倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。用公式表示就是：主頻=外頻×倍頻。我們通常說(shuō)的賽揚(yáng)433、PIII 550都是指CPU的主頻而言的。    第二：內(nèi)存總線速度或者叫系統(tǒng)總路線速度，一般等同于CPU的外頻。內(nèi)存總線的速度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能來(lái)說(shuō)很重要，由于內(nèi)存速度的發(fā)展滯后于CPU的發(fā)展速度，為了緩解內(nèi)存帶來(lái)的瓶頸，所以出現(xiàn)了二級(jí)緩存，來(lái)協(xié)調(diào)兩者之間的差異，而內(nèi)存

3、總線速度就是指CPU與二級(jí)(L2)高速緩存和內(nèi)存之間的工作頻率。     第三：工作電壓。工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。早期CPU（386、486）由于工藝落后，它們的工作電壓一般為5V，發(fā)展到奔騰586時(shí)，已經(jīng)是3.5V/3.3V/2.8V了，隨著CPU的制造工藝與主頻的提高，CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢(shì)，Intel最新出品的Coppermine已經(jīng)采用1.6V的工作電壓了。低電壓能解決耗電過(guò)大和發(fā)熱過(guò)高的問(wèn)題，這對(duì)于筆記本電腦尤其重要。    第四：多媒體指令集/協(xié)處理器或者叫數(shù)學(xué)協(xié)處理器。在486以前

4、的CPU里面，是沒(méi)有內(nèi)置協(xié)處理器的。由于協(xié)處理器主要的功能就是負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算，因此386、286、8088等等微機(jī)CPU的浮點(diǎn)運(yùn)算性能都相當(dāng)落后，自從486以后，CPU一般都內(nèi)置了協(xié)處理器，協(xié)處理器的功能也不再局限于增強(qiáng)浮點(diǎn)運(yùn)算?，F(xiàn)在CPU的浮點(diǎn)單元（協(xié)處理器）往往對(duì)多媒體指令進(jìn)行了優(yōu)化。比如Intel的MMX技術(shù)，MMX是“多媒體擴(kuò)展指令集”的縮寫(xiě)。MMX是Intel公司在1996年為增強(qiáng)Pentium CPU在音像、圖形和通信應(yīng)用方面而采取的新技術(shù)。為CPU新增加57條MMX指令，把處理多媒體的能力提高了60左右。   第五：流水線技術(shù)、超標(biāo)量。流水線(pipeline)

5、是 Intel首次在486芯片中開(kāi)始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由56個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然后將一條X86指令分成56步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，這樣就能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令，因此提高了CPU的運(yùn)算速度。超流水線是指某型 CPU內(nèi)部的流水線超過(guò)通常的56步以上，例如Pentium pro的流水線就長(zhǎng)達(dá)14步。將流水線設(shè)計(jì)的步(級(jí))數(shù)越多，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。超標(biāo)量是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令。這在486或者以前的CPU上是很難想象的，只有Pentium級(jí)以上C

6、PU才具有這種超標(biāo)量結(jié)構(gòu)；這是因?yàn)楝F(xiàn)代的CPU越來(lái)越多的采用了RISC技術(shù)，所以才會(huì)超標(biāo)量的CPU。     第六：亂序執(zhí)行和分枝預(yù)測(cè)，亂序執(zhí)行是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開(kāi)發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理的技術(shù)。分枝是指程序運(yùn)行時(shí)需要改變的節(jié)點(diǎn)。分枝有無(wú)條件分枝和有條件分枝，其中無(wú)條件分枝只需要CPU按指令順序執(zhí)行，而條件分枝則必須根據(jù)處理結(jié)果再?zèng)Q定程序運(yùn)行方向是否改變，因此需要“分枝預(yù)測(cè)”技術(shù)處理的是條件分枝。    第七：L1高速緩存，也就是我們經(jīng)常說(shuō)的一級(jí)高速緩存。在CPU里面內(nèi)置了高速緩存可以提高CP

7、U的運(yùn)行效率。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對(duì)CPU的性能影響較大，不過(guò)高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級(jí)高速緩存的容量不可能做得太大。采用回寫(xiě)(Write Back)結(jié)構(gòu)的高速緩存。它對(duì)讀和寫(xiě)操作均有可提供緩存。而采用寫(xiě)通(Write-through)結(jié)構(gòu)的高速緩存，僅對(duì)讀操作有效。在486以上的計(jì)算機(jī)中基本采用了回寫(xiě)式高速緩存。     第八：L2高速緩存，指CPU外部的高速緩存。Pentium Pro處理器的L2和CPU運(yùn)行在相同頻率下的，但成本昂貴，所以Pentium II運(yùn)行在相當(dāng)于CPU頻率

8、一半下的，容量為512K。為降低成本Intel公司曾生產(chǎn)了一種不帶L2的CPU名為賽揚(yáng)。    第九：制造工藝， Pentium CPU的制造工藝是0.35微米， PII和賽揚(yáng)可以達(dá)到0.25微米，最新的CPU制造工藝可以達(dá)到0.18微米，并且將采用銅配線技術(shù)，可以極大地提高CPU的集成度和工作頻率。第十:前端總線速度就是我們經(jīng)常聽(tīng)到的“FSB”。前端總線是AMD在推出K7 CPU時(shí)提出的概念，一直以來(lái)很多人都誤認(rèn)為這個(gè)名詞不過(guò)是外頻的一個(gè)別稱(chēng)。實(shí)際上，平時(shí)所說(shuō)的外頻是指CPU與主板的連接速度，這個(gè)概念是建立在數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩速度的基礎(chǔ)之上；而前端總線速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>