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首页揭秘CPU性能:主频、外频与内存总线的重要性
本文将详细介绍CPU性能的关键技术指标,帮助消费者理解决定CPU性能的核心要素。首先,主频,即CPU的时钟频率,是衡量CPU运算速度的基础。一个较高的主频意味着CPU在单位时间内处理指令的能力更强,但要注意,不同CPU架构的内部设计会影响实际性能,单纯依赖主频并不能全面评估。 其次,外频是系统总线的工作频率,它是主频与倍频的乘积,决定了CPU与其他系统部件通信的速度。内存总线速度,也称为系统总线速度,通常与CPU的外频相当,对整体系统性能至关重要。随着CPU发展速度超越内存,内存总线速度成为了制约系统性能的瓶颈,因此通过二级缓存(如L2高速缓存)来缓解这一问题。 L1高速缓存,作为CPU内部的高速存储器,其容量和结构直接影响CPU性能。回写式高速缓存对读写操作都有缓存效果,而写通式高速缓存只对读操作有效。在现代处理器中,如奔腾Ⅲ和Celeron,L1高速缓存通常为32KB,但随着技术进步,缓存容量和效率也在不断提升。 此外,还有其他因素如核心数量、多线程能力、指令集架构(如x86、ARM)、功耗管理和散热设计等,也是影响CPU性能的重要方面。这些技术参数的选择和优化对于构建高性能计算机系统至关重要。因此,在购买CPU时,不仅要看主频,还要综合考虑以上各项指标,才能做出最佳选择。
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一、决定CPU性能技术指标 每个买CPU的消费者,第一时间要过问的就是它的性能,对于一个CPU来说,性
能是否强大是它能否在市场上生存下去的第一要素,那么CPU的性能是由哪些因素决定的咧?下面就列出影响
CPU性能的主要技术指标: 1、主频,也就是CPU的时钟频率,简单地说也就是CPU的工作频率。一般说
来,一个时钟周期完成的指令数是固定的,所以主频越高,CPU的速度也就越快了。不过由于各种CPU的内部
结构也不尽相同,所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。至于外频就是系统总线的工作频率;而倍频则是
指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是:主频=外频×倍频。 2、内存总线
一、决定CPU性能技术指标
每个买CPU的消费者,第一时间要过问的就是它的性能,对于一个CPU来说,性能是否强大是它能否在市场上生存下去的
第一要素,那么CPU的性能是由哪些因素决定的咧?下面就列出影响CPU性能的主要技术指标:
1、主频,也就是CPU的时钟频率,简单地说也就是CPU的工作频率。一般说来,一个时钟周期完成的指令数是固定的,所
以主频越高,CPU的速度也就越快了。不过由于各种CPU的内部结构也不尽相同,所以并不能完全用主频来概括CPU的性
能。至于外频就是系统总线的工作频率;而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是:主频=外频×倍频。
2、内存总线速度或者叫系统总线速度,一般等同于CPU的外频。内存总线的速度对整个系统性能来说很重要,由于内存速
度的发展滞后于CPU的发展速度,为了缓解内存带来的瓶颈,所以出现了二级缓存,来协调两者之间的差异,而内存总线速
度就是指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的工作频率。
3、L1高速缓存,也就是我们经常说的一级高速缓存。在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率。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。采用回写(Write
Back)结构的高速缓存。它对读和写操作均有可提供缓存。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存,仅对读操作有效。
在486以上的计算机中基本采用了回写式高速缓存。在目前流行的处理器中,奔腾Ⅲ和Celeron处理器拥有32KB的L1高速缓
存,奔腾4为8KB,而AMD的Duron和Athlon处理器的L1高速缓存高达128KB。
4、L2高速缓存,指CPU第二层的高速缓存,第一个采用L2高速缓存的是奔腾
Pro处理器,它的L2高速缓存和CPU运行在相同频率下的,但成本昂贵,市场生命很短,所以其后奔腾
II的L2高速缓存运行在相当于CPU频率一半下的。接下来的Celeron处理器又使用了和CPU同速运行的L2高速缓存,现在流
行的CPU,无论是AthlonXP和奔腾4,其L2高速缓存都是和CPU同速运行的。除了速度以外,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。
5、流水线技术、超标量。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,因此提高了CPU的运算速度。超流水线是指某型
CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上,例如奔腾
4的流水线就长达20步。将流水线设计的步(级)数越多,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。
超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的,只有奔腾级以上
CPU才具有这种超标量结构;这是因为现代的CPU越来越多的采用了RISC技术,所以才会有超标量的CPU。
6、协处理器或者叫数学协处理器。在486以前的CPU里面,是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能就是负责浮
点运算,因此386、286、8088等等微机CPU的浮点运算性能都相当落后,自从486以后,CPU一般都内置了协处理器,协处
理器的功能也不再局限于增强浮点运算。现在CPU的浮点单元(协处理器)往往对多媒体指令进行了优化。比如Intel的MMX
技术,MMX是“多媒体扩展指令集”的缩写。MMX是Intel公司在1996年为增强奔腾
CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术。为CPU新增加57条MMX指令,把处理多媒体的能力提高了60%左右。
现在的CPU已经普遍内置了这些多媒体指令集,例如现在奔腾4内置了SSE2指令集,而AthlonXP则内置增强型的3DNow!指令
集。
7、工作电压。工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU(386、486)由于工艺落后,它们的工作电压一
般为5V(奔腾等是3.5V/3.3V/2.8V等),随着CPU的制造工艺与主频的提高,CPU的工作电压有逐步下降的趋势,Intel最新
出品的Tualatin核心Celeron已经采用1.475V的工作电压了。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。这对于笔记本电脑尤
其重要。
8、乱序执行和分枝预测,乱序执行是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的
技术。分枝是指程序运行时需要改变的节点。分枝有无条件分枝和有条件分枝,其中无条件分枝只需要CPU按指令顺序执
行,而条件分枝则必须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变,因此需要“分枝预测”技术处理的是条件分枝。
9、制造工艺,制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能,但它可以可以极大地影响CPU的集成度和工作频率,制造工艺越精
细,CPU可以达到的频率越高,集成的晶体管就可以更多。第一代奔腾
CPU的制造工艺是0.35微米,
最高达到266Mhz的频率,PII和赛扬是0.25微米,频率最高达到450Mhz。铜矿核心的奔腾Ⅲ制造工艺缩小到了0.18微米,最
高频率达到1.13Ghz。最新Northwood核心的奔腾4
CPU制造工艺达到0.13微米,目前频率已经达到2.4Ghz,估计达到3Ghz也没有问题。在明年,Intel
CPU的制造工艺会达到0.09毫米。
二、CPU技术术语不完全手册
为了使读者在日常购买操作电脑时方便查询,特在本节最后列出和CPU有关的技术术语,安第一个字母的顺序排列:
3DNow!(3D no waiting)
AMD公司开发的SIMD指令集,可以增强浮点和多媒体运算的速度,它的指令数为21条。
ALU(Arithmetic Logic Unit,算术逻辑单元)
在处理器之中用于计算的那一部分,与其同级的有数据传输单元和分支单元。
BGA(Ball Grid Array,球状矩阵排列)
一种芯片封装形式,例:82443BX。
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