CPU是PC的核心所在，在以下的文章里面我们从几个与CPU相关的性能参数谈起，使读者初步对CPU有个全面的了解，这样将有助于加深读者对PC的了解。
1.CPU的内部结构与工作原理
CPU是Central Processing Unit--中央处理器的缩写，它由运算器和控制器组成，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的工作原理就象一个工厂对 产品的加工过程：进入工厂的原料(指令)，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)，生产出成品(处理后的数据)后，再存 储在仓库(存储器)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。
2.CPU的相关技术参数
(1)主频
主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频＝外频×倍频系数。很多人以为认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上 这个认识是很片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系的。当然，主频和实际的运算速度是有关 的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算 速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。
(2)外频
外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步 运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈，下面的 前端总线介绍我们谈谈两者的区别。
(3)前端总线(FSB)频率
前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。由于数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频 率，即数据带宽＝(总线频率×数据带宽)/8。外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运 行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是 100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。
(4)倍频系数
倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的 CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应——CPU从系统 中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。
(5)缓存
缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。L1Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存。内置 的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速 缓存的容量不可能做得太大。一般L1缓存的容量通常在32～256KB.
L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频详图，而外部的二级缓存则只有 主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓 存更高达1MB-3MB。
(6)CPU扩展指令集
CPU扩展指令集指的是CPU增加的多媒体或者是3D处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力。著名的有MMX(多媒体扩展指令)、SSE(因特网数据流单指令扩展)和3DNow!指令集。
(7)CPU内核和I/O工作电压
从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/O电压一般都在1.6~3V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。
(8)制造工艺
指在硅材料上生产CPU时内部各元器材的连接线宽度，一般用微米表示。微米值越小制作工艺越先进，CPU可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。目前Intel的P4和AMD的XP都已经达到了0.13微米的制造工艺，明年将达到0.09微米的制作工艺。
从上面我们了解了CPU的逻辑结构以及一些基本技术参数，本文将继续全面的了解影响CPU性能的有关技术参数。
 |
上图是用WCPUID测试CPU得出的关于某款CPU的各种参数。我们可以看到这款CPU的信息：
第一部分为处理器的类型，其中Processor(处理器)为AMD Athlon XP CPU；Platform(封裝)是Scoket 462插脚；Vendor String(厂商)为AMD；Family、Model、Stepping ID组成系列号，可以用来识别CPU的型号；Name String(名称)为AMD的Athlon系列CPU。
第二部分为处理器的频率参数。其中Internal Clock即CPU的主频，可以看到这款CPU的主频为2280.30MHz,即2.2G；System Bus即前端总线，这款CPU的外频为350MHz，并非标准的前端总线，因此是超了外频的CPU；System Clock即外频，即为175MHz，是超了外频的CPU；Multiplier即倍频，这款CPU的倍频为13。
第三部分为处理器的缓存情况。L1 I-Cache：L1 I-缓存，这款CPU为64k；L1 D-Cache：L1 D-缓存，同样为64K；L2 Cache：L2快取，这款CPU的L2缓存达到512K；L2 Speed：L2速度，和CPU的主频一样。
第四部分为处理器所支持的多媒体扩展指令集，可以看到这款CPU所支持的指令集有MMX、MMX+、SSE、3DNOW！、3DNOW!+，但是不支持SSE2指令。
1.指令集
(1) X86指令集要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的， IBM1981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PentiumⅢ(以下简为PⅢ)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。由于Intel X86系列及其兼容CPU都使用X86指令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。
(2) RISC指令集RISC指令集是以后高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言，RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多了。而且RISC指令集还兼容原来的X86指令集。
2.字长
电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理 32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。当前的CPU都是32位的CPU，但是字长的最佳是CPU发展的一个趋势。AMD未来将推 出64位的CPU-Atlon64。未来必然是64位CPU的天下。
3.IA-32、IA-64架构
IA是Intel Architecture(英特尔体系结构)的英语缩写，IA-32或IA-64是指符合英特尔结构字长为32或64位的CPU，其他公司所生产的与 Intel产品相兼容的CPU也包括在这一范畴。当前市场上所有的X86系列CPU仍属IA-32架构。AMD即将推出Athlon64是IA-64架构 的CPU。
4.流水线与超流水线
流水线(pipeline)是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5~6个不 同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指 令，因此提高CPU的运算速度。超流水线(superpiplined)是指某型CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentium pro的流水线就长达14步。将流水线设计的步(级)其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用， 很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象，Intel的奔腾4就出现了这种情况，虽然它的主频可以高达1.4G以上，但其运算性能却远远比不 上AMD 1.2G的速龙甚至奔腾III。
5.封装形式
CPU封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施，一般必须在封装后CPU才能交付用户使用。CPU的封装方 式取决于CPU安装形式和器件集成设计，从大的分类来看通常采用Socket插座进行安装的CPU使用PGA(栅格阵列)方式封装，而采用Slot x槽安装的CPU则全部采用SEC(单边接插盒)的形式封装。现在还有PLGA(Plastic Land Grid Array)、OLGA(Organic Land Grid Array)等封装技术。由于市场竞争日益激烈，目前CPU封装技术的发展方向以节约成本为主。
No comments:
Post a Comment