[基礎科學]CPU的主要性能指標

1、.CPU的主要性能指標    CPU的英文全稱是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，由于制造技術的越來越先進，其集成度越來越高，內部的晶體管數達到幾百萬個。雖然從最初的CPU發(fā)展到現(xiàn)在其晶體管數增加了幾十倍，但是CPU的內部結構仍然可分為控制單元，邏輯單元和存儲單元三大部分。CPU的性能大致上反映出了它所配置的那部微機的性能，因此CPU的性能指標十分重要。 CPU主要的性能指標有以下幾點：     第一：主頻，也就是CPU的時鐘頻率，簡單地說也就是CPU的工作頻率。

2、一般說來，一個時鐘周期完成的指令數是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快了。不過由于各種CPU的內部結構也不盡相同，所以并不能完全用主頻來概括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。用公式表示就是：主頻=外頻×倍頻。我們通常說的賽揚433、PIII 550都是指CPU的主頻而言的。    第二：內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。內存總線的速度對整個系統(tǒng)性能來說很重要，由于內存速度的發(fā)展滯后于CPU的發(fā)展速度，為了緩解內存帶來的瓶頸，所以出現(xiàn)了二級緩存，來協(xié)調兩者之間的差異，而內存

3、總線速度就是指CPU與二級(L2)高速緩存和內存之間的工作頻率。     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，已經是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，Intel最新出品的Coppermine已經采用1.6V的工作電壓了。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題，這對于筆記本電腦尤其重要。    第四：多媒體指令集/協(xié)處理器或者叫數學協(xié)處理器。在486以前

4、的CPU里面，是沒有內置協(xié)處理器的。由于協(xié)處理器主要的功能就是負責浮點運算，因此386、286、8088等等微機CPU的浮點運算性能都相當落后，自從486以后，CPU一般都內置了協(xié)處理器，協(xié)處理器的功能也不再局限于增強浮點運算。現(xiàn)在CPU的浮點單元（協(xié)處理器）往往對多媒體指令進行了優(yōu)化。比如Intel的MMX技術，MMX是“多媒體擴展指令集”的縮寫。MMX是Intel公司在1996年為增強Pentium CPU在音像、圖形和通信應用方面而采取的新技術。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、超標量。流水線(pipeline)

5、是 Intel首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產上的裝配流水線。在CPU中由56個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，這樣就能實現(xiàn)在一個CPU時鐘周期完成一條指令，因此提高了CPU的運算速度。超流水線是指某型 CPU內部的流水線超過通常的56步以上，例如Pentium pro的流水線就長達14步。將流水線設計的步(級)數越多，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應工作主頻更高的CPU。超標量是指在一個時鐘周期內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級以上C

6、PU才具有這種超標量結構；這是因為現(xiàn)代的CPU越來越多的采用了RISC技術，所以才會超標量的CPU。     第六：亂序執(zhí)行和分枝預測，亂序執(zhí)行是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應電路單元處理的技術。分枝是指程序運行時需要改變的節(jié)點。分枝有無條件分枝和有條件分枝，其中無條件分枝只需要CPU按指令順序執(zhí)行，而條件分枝則必須根據處理結果再決定程序運行方向是否改變，因此需要“分枝預測”技術處理的是條件分枝。    第七：L1高速緩存，也就是我們經常說的一級高速緩存。在CPU里面內置了高速緩存可以提高CP

7、U的運行效率。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。采用回寫(Write Back)結構的高速緩存。它對讀和寫操作均有可提供緩存。而采用寫通(Write-through)結構的高速緩存，僅對讀操作有效。在486以上的計算機中基本采用了回寫式高速緩存。     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運行在相同頻率下的，但成本昂貴，所以Pentium II運行在相當于CPU頻率

8、一半下的，容量為512K。為降低成本Intel公司曾生產了一種不帶L2的CPU名為賽揚。    第九：制造工藝， Pentium CPU的制造工藝是0.35微米， PII和賽揚可以達到0.25微米，最新的CPU制造工藝可以達到0.18微米，并且將采用銅配線技術，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常聽到的“FSB”。前端總線是AMD在推出K7 CPU時提出的概念，一直以來很多人都誤認為這個名詞不過是外頻的一個別稱。實際上，平時所說的外頻是指CPU與主板的連接速度，這個概念是建立在數字脈沖信號震蕩速度的基礎之上；而前端總線速度指的是數據傳輸的