我終于“看透”了你——CPU.

1、我終于“看透”了你 CPUCPI的英文全稱是 Ce ntral Processi ng Un it，也就是中央處理器。CPU從雛形出現(xiàn)到發(fā)壯大的今天，由于制造技術(shù)的越來越先進(jìn)，在其中所 集成的電子元件也越來越多，從上萬個(gè)到目前甚至是數(shù)千萬個(gè)微型的晶體管構(gòu) 成了 CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。那么這數(shù)千萬個(gè)晶體管是如何工作的呢？CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為控制（Control ）單元，邏輯單元（Logic ）和存儲(chǔ) （Memory單元三大部分。而CPU的工作原理就類似于一個(gè)工廠對(duì)產(chǎn)品的加工 過程：從進(jìn)入工廠的原料（指令），經(jīng)過物資分配部門（控制單元）的調(diào)度分 配，被送往生產(chǎn)線（邏輯運(yùn)算單元），生產(chǎn)出成品（處理后的

2、數(shù)據(jù)）后，再存 儲(chǔ)在倉庫（存儲(chǔ)器）中，最后等著拿到市場上去賣（交由應(yīng)用程序使用）。 CPU 作為是整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的核心，它往往是各種檔次微機(jī)的代名詞，如往日的 286、386、486、586/Pentium ，到今日的 PentiumII 、K6-2/3 、Cyrix II 、 PentiumIII 、Althon （ K7）、CeleronII 、Duron、VIA CyrixIII 以及即將面世 的Intel PentiumlV等等，CPI是它所配置的那部微機(jī)性能的重要標(biāo)志，在這里介紹一些與CPU相關(guān)的主要性能指標(biāo)：主頻（Main CLK），倍頻，外頻。經(jīng)常聽別人說：“這個(gè) CPU的頻率是多

3、 少多少”其實(shí)這個(gè)泛指的頻率是指 CPU的主頻，主頻也就是CPU的時(shí)鐘頻 率，英文全稱：CPU Clock Speed，簡單地說也就是CPU運(yùn)算時(shí)的工作頻率。一 般說來，主頻越高，一個(gè)時(shí)鐘周期里面完成的指令數(shù)也越多，當(dāng)然CPU的速度也就越快了。不過由于各種各樣的 CPU它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不盡相同，所以并非 所有的時(shí)鐘頻率相同的CPU的性能都一樣。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)。三者關(guān)系十分密切：主頻=外頻X倍頻。通常所提到的超頻就是超主頻，即讓CPUX作在更高的主頻上，一般而言，超頻可以從超外頻和超倍頻兩個(gè)方面著手，而現(xiàn)在的CPU一般都已經(jīng)將倍頻鎖住，所

4、以一般都是超外頻，這就與主板有關(guān)了。而超外頻可以通過 DIP 開關(guān)來調(diào)節(jié)，也可以通過支持 Soft menu 來超頻。在超頻時(shí)經(jīng)常需要稍微調(diào)高 CPU的工作電壓，并且要注意到 CPU勺散熱。超頻還與主板、顯卡、硬盤、內(nèi) 存、電源等息息相關(guān)，一定要注意，避免將 CPU燒壞。Memory-Bus Speed （內(nèi)存總線速度）。CPL處理的數(shù)據(jù)是從主存儲(chǔ)器（內(nèi) 存）那里來，一般我們放在外存（磁盤或者各種存儲(chǔ)介質(zhì)）上面的資料都要通 過內(nèi)存，再進(jìn)入CPU!行處理的。所以與內(nèi)存之間的通道棗內(nèi)存總線的速度對(duì) 整個(gè)系統(tǒng)性能就顯得很重要了，由于內(nèi)存和 CPU之間的運(yùn)行速度或多或少會(huì)有 差異，因此便出現(xiàn)了二級(jí)緩存

5、，來協(xié)調(diào)兩者之間的差異，而內(nèi)存總線速度就是 指CPU與二級(jí)高速緩存（L2Cache）和內(nèi)存之間的通信速度。而目前一般 Desktop CPU都是 512K （半速）/256K （全速）L2Cache,而對(duì)于 In tel Celero n 則是 On-die （全速）128K L2Cache,而 AMD Althon/k7、K6-3 則號(hào)稱可以附加高達(dá) 8M 的 L2Cache。Expansion-Bus Speed （擴(kuò)展總線速度）。擴(kuò)展總線指的就是指安裝在微機(jī) 系統(tǒng)上的局部總線如VESA PCI、或AG%、線，我們打開電腦的時(shí)候會(huì)看見一些插槽般的東西，這些就是擴(kuò)展槽，而擴(kuò)展總線就是CPU聯(lián)

6、系這些外部設(shè)備的橋梁。Supply Voltage （工作電壓）。任何電器在工作的時(shí)候都需要電，自然也 會(huì)有額定的電壓，CPU當(dāng)然也不例外了，工作電壓指的也就是 CPU正常工作所 需的電壓。早期CPU（286 486時(shí)代）的工作電壓一般為5V,那是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的 制造工藝相對(duì)落后，以致于 CPU的發(fā)熱量太大，弄得壽命減短。隨著 CPU勺制 造工藝與主頻的提高，近年來各種 CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢，以解決 散熱熱過高的問題，目前一般臺(tái)式機(jī)用CPUX作電壓為3.3V/2.2V，而筆記本電腦專用的CPU其工作電壓就更低了，甚至達(dá)到1.2V，這樣的話功耗就大大減 少，而散熱也大為減少，當(dāng)然，其生產(chǎn)

7、成本也就大為提高。Address Bus Width （地址總線寬度）。地址總線寬度決定了 CPU可以訪問 的物理地址空間，簡單地說就是 CPU到底能夠使用多大容量的內(nèi)存。16位的微 機(jī)我們就不用說了，但是對(duì)于 386以上的微機(jī)系統(tǒng)，地址線的寬度為 32位，理 論上最多可以直接訪問4096MB（4GB的物理空間。當(dāng)然，這與主板有多少插 槽以及每個(gè)插槽最多支持多大內(nèi)存有關(guān)。Data Bus Width （數(shù)據(jù)總線寬度）。數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量的 大小，而數(shù)據(jù)總線寬度則決定了 CPU與二級(jí)高速緩存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備 之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘?。Co-Processor （數(shù)字協(xié)處理器）

8、。在486以前的CPU里面，是沒有內(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勺浮點(diǎn)運(yùn)算性能都相當(dāng)落后，相信接觸過 386的朋友都知道主板 上可以另外加一個(gè)外置協(xié)處理器，其目的就是為了增強(qiáng)浮點(diǎn)運(yùn)算的功能。自從 486以后，CPU-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，含有內(nèi)置協(xié)處理器的CPU可以加快特定類型的數(shù)值計(jì)算，某些需要進(jìn) 行復(fù)雜計(jì)算的軟件系統(tǒng)，如高版本的 AUTO CA就需要協(xié)處理器支持。Super Sclar超標(biāo)量。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

9、上是很難想象的，只有 Pentium級(jí)以上 CPU才具有這種超標(biāo)量結(jié)構(gòu)；486以下的CPUS于低標(biāo)量結(jié)構(gòu)，即在這類 CPU內(nèi) 執(zhí)行一條指令至少需要一個(gè)或一個(gè)以上的時(shí)鐘周期。L1Cache,也就是我們經(jīng)常說的一級(jí)高速緩存。在 CPU里面內(nèi)置了高速緩存 可以提高CPU勺運(yùn)行效率，這也正是486DLC比386DX-40快的原因。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，容量越大，性能也相對(duì)會(huì)提高 不少，所以這也正是一些公司力爭加大 L1 級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器容量的原因。不過 高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM&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

10、做得太大。L1Cache一般都是32K,不過 在AMD勺Althon/k7系列中已經(jīng)增加了 L1Cache的容量。Write Back （采用回寫結(jié)構(gòu)）的高速緩存。它對(duì)讀和寫操作均有效，速度 較快。而采用寫通 （Write-through） 結(jié)構(gòu)的高速緩存，僅對(duì)讀操作有效 .Dynamic Procedure （動(dòng)態(tài)處理）。動(dòng)態(tài)處理是應(yīng)用在高能奔騰處理器中的 新技術(shù)，創(chuàng)造性地把三項(xiàng)專為提高處理器對(duì)數(shù)據(jù)的操作效率而設(shè)計(jì)的技術(shù)融合 在一起。這三項(xiàng)技術(shù)是多路分流預(yù)測、數(shù)據(jù)流量分析和猜測執(zhí)行。動(dòng)態(tài)處理并 不是簡單執(zhí)行一串指令，而是通過操作數(shù)據(jù)來提高處理器的工作效率。動(dòng)態(tài)處 理包括了多路分流預(yù)測：通過幾個(gè)分支對(duì)程序流向進(jìn)行預(yù)測，采用多路分流預(yù) 測算法后，處理器便可參與指令流向的跳轉(zhuǎn)。它預(yù)測下一條指令在內(nèi)存中位置 的精確度可以達(dá)到驚人的 90%以上。這是因?yàn)樘幚砥髟谌≈噶顣r(shí) , 還會(huì)在程序中 尋找未來要執(zhí)行的指令。這個(gè)技術(shù)可加速向處理器傳送任務(wù)。 2、數(shù)據(jù)流量分 析：拋開原程序的順序，分析并重排指令，優(yōu)化執(zhí)行順序：處理器讀取經(jīng)過解 碼的軟件指令，判斷該指令能否處理或是否需與其它指令一道處理。然后，處 理器再?zèng)Q定如何優(yōu)化執(zhí)行順序以便高效地處理和執(zhí)行指令。 3、猜測執(zhí)行：通過 提前判讀