CU相关知识介绍

CPU相关知识介绍一、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(WriteBack)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)是皆Intel乐首次在48律6芯片中开幼始使用的。睛流水线的工何作方式就象收工业生产上咸的装配流水钓线。在CP羡U中由5~益6个不同功休能的电路单俭元组成一条汁指令处理流牲水线，然后废将一条X8卵6指令分成裤5~6步后辅再由这些电醒路单元分别狸执行，这样羡就能实现在暑一个CPU究时钟周期完报成一条指令虎，因此提高锡了CPU的堤运算速度。知超流水线是举指某型陆CPU内部斥的流水线超蜻过通常的5崇~6步以上植，例如奔腾滔令4的流水线充就长达20裳步。将流水臂线设计的步军(级)数越凑多，其完成岸一条指令的戚速度越快，雁因此才能适让应工作主频骂更高的CP健U。超标量盐是指在一个嫌时钟周期内负CPU可以滚执行一条以蝴上的指令。壶这在486惨或者以前的麻CPU上是迈很难想象的耐，只有奔腾核级以上CP凭U才具有这缘种超标量结跃构；这是因俯为现代的C侨PU越来越红多的采用了摆RISC技花术，所以才块会有超标量宋的CPU。金惭6、协处理哲器或者叫数鞠学协处理器扰。在486叶以前的CP打U里面，是问没有内置协系处理器的。自由于协处理粉器主要的功趴能就是负责需浮点运算，友因此386委、286、炉8088等胡等微机CP蒙U的浮点运亭算性能都相遥当落后，自门从486以逃后，CPU打一般都内置动了协处理器淹，协处理器谊的功能也不程再局限于增郊强浮点运算愿。现在CP王U的浮点单谋元（协处理约器）往往对吗多媒体指令鹿进行了优化踪。比如In升tel的M测MX技术，贷MMX是泻“怎多媒体扩展窗指令集覆”般的缩写。M掌MX是In豪tel公司饭在1996策年为增强奔司腾结CPU在音陷像、图形和傲通信应用方鼻面而采取的谈新技术。为机CPU新增仍加57条M屋MX指令，赠把处理多媒醉体的能力提雕高了60％刑左右。现在象的CPU已等经普遍内置浊了这些多媒光体指令集，尿例如现在奔副腾4内置了住SSE2指滔令集，而A两thlon蹈XP则内置档增强型的3爹DNow!清指令集。控赶7、工作电图压。工作电类压指的也就竹是CPU正烤常工作所需姑的电压。早撇期CPU（筐386、4傲86）由于目工艺落后，挣它们的工作嫩电压一般为案5V（奔腾讨等是3.5皮V/3.3约V/2.8乒V等），随毒着CPU的滑制造工艺与慧主频的提高惹，CPU的猫工作电压有陷逐步下降的师趋势，In姻tel最新徐出品的Tu洁alati努n核心Ce朋leron替已经采用1抹.475V祖的工作电压颈了。低电压查能解决耗电馅过大和发热英过高的问题商。这对于笔淘记本电脑尤翅其重要。匪肌8、乱序执代行和分枝预件测，乱序执驱行是指CP债U采用了允刻许将多条指衡令不按程序半规定的顺序剂分开发送给挽各相应电路蔬单元处理的医技术。分枝务是指程序运傍行时需要改量变的节点。舱分枝有无条扮件分枝和有浇条件分枝，逗其中无条件网分枝只需要彩CPU按指猎令顺序执行升，而条件分阳枝则必须根壤据处理结果穗再决定程序缸运行方向是管否改变，因拾此需要粉“础分枝预测昆”沸技术处理的余是条件分枝搅。触趟9、制造工因艺，制造工蹲艺虽然不会盏直接影响C复PU的性能堂，但它可以决可以极大地搂影响CPU倒的集成度和央工作频率，柱制造工艺越荡精细，CP族U可以达到宰的频率越高点，集成的晶透体管就可以喉更多。第一支代奔腾沾CPU的制各造工艺是0全.35微米踢，苹最高达到2年66Mhz站的频率，P购II和赛扬引是0.25僵微米，频率惧最高达到4酷50Mhz厨。铜矿核心耳的奔腾休Ⅲ垒制造工艺缩蔬小到了0.午18微米，基最高频率达侍到1.13仗Ghz。最蔬新Nort事hwood串核心的奔腾弓4闹CPU制造贡工艺达到0阴.13微米抄，目前频率延已经达到2臭.4Ghz渣，估计达到响3Ghz也郑没有问题。攻在明年，I黑ntel投CPU的制晓造工艺会达夜到0.09搏毫米。府生二、帜CPU技术确术语不完全者手册类夏为了使读者滑在日常购买戴操作电脑时盲方便查询，占特在本节最葵后列出和乖CPU有关扁的技术术语息，安第一个腔字母的顺序恶排列：赛3DNow互!(3D坏nowa轧iting王)卵AMD公司蛋开发的SI雨MD指令集惨，可以增强腊浮点和多媒炼体运算的速惧度，它的指每令数为21皆条。姨ALU(A士rithm肚etic站Logic烂Unit担，算术逻辑狗单元)勾在处理器之召中用于计算蒜的那一部分顾，与其同级糕的有数据传惊输单元和分随支单元。跨BGA(B途allG贩ridA杜rray，维球状矩阵排袄列)汤一种芯片封股装形式，例抽：8244港3BX。右BHT(b婚ranch雷pred述ictio讨ntab拖le，分支命预测表)周处理器用于用决定分支行硬动方向的数序值表。皂BPU(B醒ranch栗Proc耗essin卖gUni输t，分支处婚理单元)史CPU中用项来做分支处材理的那一个拦区域。础Brach趋Pedi级ction纪（分支预测旺）塑从P5时代槽开始的一种伸先进的数据雨处理方法，敲由CPU来丙判断程序分挺支的进行方矮向，能够更敏快运算速度肿。喘CMOS（腰Compl酱ement厨aryM请etal习Oxide古Semi纽condu叠ctor，蹦互补金属氧遥化物半导体贡）探它是一类特杀殊的芯片，主最常见的用存途是主板的滚BIOS（糊Basic君Inpu惭t/Out迁putS颤ystem匪，基本输入誉/输出系统午）。弹CISC(菠Compl秘exIn田struc首tion童SetC拔omput消ing，复殿杂指令集计泰算机)照相对于RI衫SC而言，穿它的指令位枝数较长，所义以称为复杂共指令。如：拉x86指令茅长度为87侨位。业COB(C跳ache糖onbo堵ard，板核上集成缓存雀)电在处理器卡瓣上集成的缓戴存，通常指篇的是二级缓顾存，例：奔散腾II知COD(C血ache惭onDi抗e，芯片内鲁集成缓存)殖团在处理器芯奇片内部集成池的缓存，通锈常指的是二图级缓存，例稻：PGA赛欧扬370符CPGA(固Ceram逢icPi灶nGri躬dArr曾ay，陶瓷宴针型栅格阵农列)轻一种芯片封芽装形式。竭CPU(C凤enter坚Proc葬essin算gUni简t，中央处市理器)汉计算机系统狮的大脑，用索于控制和管通理整个机器票的运作，并脑执行计算任扣务。勉D柿ataF阳orwar潮ding（骗数据前送）欣薄CPU在一趣个时钟周期房内，把一个掀单元的输出渴值内容拷贝杯到另一个单盲元的输入值粮中。脊Decod虎e（指令解绣码）勇由于X86接指令的长度驶不一致，必缝须用一个单穴元进行夏“连翻译赖”刑，真正的内易核按翻译后绝要求来工作制。奏EC(Em园bedde脚dCon回troll贿er，嵌入盼式控制器)烤仔在一组特定昼系统中，新匙增到固定位捉置，完成一做定任务的控私制装置就称份为嵌入式控诸制器。躺Embed让dedC鲁hips(乎嵌入式)年一种特殊用扎途的CPU纯，通常放在允非计算机系疗统，如：家拾用电器。岸EPIC(基expli裤ci违tlyp业arall除elin仔struc欣tion牺code，饺并行指令代霞码)吃英特尔的6环4位芯片架房构，本身不惑能执行x8粥6指令，但记能通过译码昨器来兼容旧职有的x86吴指令，只是脸运算速度比抛真正的32余位芯片有所业下降。根FADD（亩Float呈iong览Point喂Addi弃tion，贷浮点加）悬FCPGA古(Flip汽Chip馋Pin馅Grid剪Array籍，反转芯片真针脚栅格阵伙列)馅一种芯片封想装形式，例献：奔腾II帜I370离。样FDIV（原Float戏iong两Point像Divi柔de，浮点子除）潜FEMMS铅（Fast寇Entr程y/Exi锦tMul砖timed好iaSt振ate，快牧速进入/退次出多媒体状奸态）法在多能奔腾券之中，MM诚X和浮点单耀元是不能同思时运行的。含新的芯片加俩快了两者之阴间的切换，立这就是FE珠MMS。悉FFT（f咽astF诚ourie荒rtra贺nsfor届m，快速热驰欧姆转换）沫于一种复杂的控算法，可以仁测试CPU极的浮点能力聚。浅FID(F岭ID：Fr洁equen杂cyid脑entif卷y，频率鉴膛别号码)姿奔腾III洞通过ID号绪来检查CP识U频率的方庙法，能够有屯效防止Re题mark。伸赠FIFO(量First产Inpu安tFir棕stOu连tput注，先入先出沉队列)佩这是一种传割统的按序执叨行方法，先券进入的指令介先完成并引惜退，跟着才广执行第二条撒指令。躁FLOP(方Float残ingP忍oint疼Opera令tions李Per市Secon置d，浮点操貌作/秒)不计算CPU名浮点能力的茧一个单位。曲便FMUL(利Float警iong律Point帮Mult稿iplic简ation萍，浮点乘)伸椅FPU(F伐loat接Point姐Unit爷，浮点运算循单元)浙FPU是专降用于浮点运灵算的处理器悦，以前的F衬PU是一种战单独芯片，涨在486之孕后，英特尔负把FPU与下集成在CP坦U之内。酷FSUB(喝Float厕iong日Point寻Subt凑racti斯on，浮点兰减)枝HL-PB浙GA（表面政黏著、高耐延热、轻薄型户塑胶球状矩密阵封装）弱一种芯片封斧装形式。吃IA(In霉telA祥rchit刊ectur辛e，英特尔采架构)餐英特尔公司鹰开发的x8鹿6芯片结构授。裤ID（id结entif庭y，鉴别号析码）洽用于判断不根同芯片的识止别代码。就IMM（I逼ntel忌Mobil美eMod抛ule,券英特尔移动惠模块）阁英特尔开发统用于笔记本优电脑的处理脖器模块，集河成了CPU堤和其它控制翁设备。质Instr冈uctio遇nsCa迎che（指葵令缓存）贺由于系统主荐内存的速度线较慢，当C挽PU读取指嘱令的时候，清会导致CP灯U停下来等升待内存传输辰的情况。指段令缓存就是甲在主内存与因CPU之间华增加一个快竭速的存储区碑域，即使C叠PU未要求都到指令，主天内存也会自誓动把指令预固先送到指令冶缓存，当C山PU要求到双指令时，可妈以直接从指躁令缓存中读仙出，无须再踢存取主内存戚，减少了C颈PU的等待束时间。联Instr些uctio涨nCol锋oring绿（指令分类县）竿一种制造预泻测执行指令欧的技术，一惩旦预测判断鸽被相应的指市令决定以后逆，处理器就机会相同的指拼令处理同类生的判断。絮Instr悟uctio浸nIss校ue（指令睁发送）急它是第一个停CPU管道籍，用于接收键内存送到的影指令，并把烧它发到执行奶单元。头IPC（I致nstru气ction茶sPer积Cloc煮kCyc建le，指令有/时钟周期扯）钢表示在一个葡时钟周期用压可以完成的壳指令数目。制钉KNI(K邮atmai联New械Instr衫uctio裁ns，Ka辩tmai新倍指令集，即止SSE)敞Laten斯cy（潜伏骤期）遵从字面上了望解其含义是厅比较困难的获，实际上，司它表示完全赞执行一个指犬令所需的时且钟周期，潜咐伏期越少越错好。严格来美说，潜伏期罗包括一个指枪令从接收到狐发送的全过答程。现今的劲大多数x8牧6指令都需出要约5个时茂钟周期，但让这些周期之壤中有部分是村与其它指令逝交迭在一起订的（并行处尚理），因此斯CPU制造搏商宣传的潜发伏期要比实西际的时间长患。吼LDT(L骂ightn缝ingD淋ataT艇ransp躁ort，闪线电数据传输罩总线)我K8采用的红新型数据总北线，外频在输200MH套z以上。摊MMX（M箭ultiM肿edia风Exten宵sions烧，多媒体扩饶展指令集）牛叹英特尔开发文的最早期S非IMD指令摔集，可以增吹强浮点和多脆媒体运算的歌速度。宏MFLOP茅S(Mil绢lion矛Float役iong惰Point历/Seco握nd，每秒读百万个浮点遣操作)科计算CPU液浮点能力的划一个单位，茄以百万条指闸令为基准。航饼NI（No仆n－Int汉el，非英预特尔架构）挪京除了英特尔摇之外，还有饱许多其它生缠产兼容x8婆6体系的厂帽商，由于专躺利权的问题尼，它们的产惹品和英特尔凉系不一样，剃但仍然能运带行x86指坡令。慌OLGA(嗽Organ燥icLa知ndGr公idAr乐ray，基膜板栅格阵列凭)刮一种芯片封青装形式。朵OoO(O做utof脆Orde螺r，乱序执孤行)允Post-服RISC芯县片的特性之址一，能够不昼按照程序提捉供的顺序完及成计算任务围，是一种加医快处理器运帽算速度的架而构。村PGA（P贪in-Gr速idAr跨ray，引舌脚网格阵列竹）焦一种芯片封堪装形式，缺寨点是耗电量袄大。闸Post-废RISC剧一种新型的撕处理器架构调，它的内核悲是RISC京，而外围是吸CISC，浮结合了两种汉架构的优点叮，拥有预测么执行、处理继器重命名等寺先进特性，圣如：Ath纲lon。努PSN(P家roces搏sorS移erial猴numb释ers，处谦理器序列号吃)设标识处理器霞特性的一组象号码，包括篇主频、生产趁日期、生产湾编号等。单PIB（P族roces具sorI震naB勒ox，盒装赴处理器）摘CPU厂商康正式在市面邪上发售的产在品，通常要恒比OEM（意Origi腿nalE过quipm魄ent祖Manuf汁actur察er，原始母设备制造商虚）厂商流通兄到市场的散甜装芯片贵，旅但只有PI弄B拥有厂商岭正式的保修骑权利。境PPGA(句Plast弟icPi第nGri旺dArr辛ay，塑胶寸针状矩阵封断装)玻一种芯片封赵装形式，缺栏点是耗电量拒大。犁PQFP(真Plast泛icQu貌adFl霉atPa女ckage渐，塑料方块突平面封装)豪京一种芯片封箩装形式。必RAW(R角eada央fter逮Write炕，写后读)石津这是CPU编乱序执行造锻成的错误，容即在必要条论件未成立之吧前，已经先丸写下结论，埋导致最终结粒果出错。荣Regis施terC芹onten水tion（岗抢占寄存器亦）字当寄存器的惭上一个写回扒任务未完成慰时，另一个主指令征用此饮寄存器时出鼻现的冲突。押牺Regis傲terP港ressu施re（寄存海器不足）惕软件算法执宗行时所需的企寄存器数目循受到限制。锣对于X86粗处理器来说汗，寄存器不艰足已经成为躲了它的最大眨特点，因此铸AMD才想猾在下一代芯她片K8之中箭，增加寄存橡器的数量。形祸Regis蜜terR炉enami钞ng（寄存祖器重命名）中屈把一个指令拒的输出值重乌新定位到一赤个任意的内索部寄存器。站在x86架武构中，这类隙情况是常常鸣出现的，如猫：一个fl咐d或fxc斧h或mov蹦指令需要同片一个目标寄阿存器时，就擦要动用到寄品存器重命名胃。兽Remar腰k（芯片频班率重标识）勿熊芯片制造商悔为了方便自尖己的产品定竹级，把大部绿分CPU都撕设置为可以盗自由调节倍碍频和外频，佩它在同一批味CPU中选玉出好的定为茄较高的一级戴，性能不足洗的定位较低普的一级，这总些都在工厂逃内部完成，少是合法的频径率定位方法栋。但出厂以本后，经销商逃把低档的C骂PU超频后绿，贴上新的亲标签，当成抓高档CPU哗卖的非法频映率定位则称荣为Rema谈rk。因为泼生产商有权奋力改变自己衡的产品，而倒经销商这样挎做就是侵犯茎版权，不要源以为只有软吗件才有版权抗，硬件也有洋版权呢。兴Resou粉rcec春onten弓tion（密资源冲突）兽伟当一个指令灿需要寄存器街或管道时，队它们被其它捕指令所用，宾处理器不能萍即时作出回湾应，这就是章资源冲突。奶须Retir佳ement旅（指令引退江）钓当处理器执南行过一条指津令后，自动粘把它从调度栗进程中去掉证。如果仅是户指令完成，冶但仍留在调畜度进程中，衰亦不算是指嫁令引退。敏RISC(画Reduc蒸edIn晒struc贩tion睁SetC取omput艳ing，精腊简指令集计俯算机)表一种指令长厨度较短的计单算机，其运凉行速度比C屿ISC要快跌。先SEC（S搁ingle狠Edge恐Conn殖ector带，单边连接今器）痕一种处理器记的模块，如写：奔腾II贝。便SIMD(淡Singl片eIns招truct径ionM阴ultip版leDa鸭ta，单指虏令多数据流爬)贱能够复制多讯个操作，并雁把它们打包巨在大型寄存椒器的一组指逗令集，例：辉3DNow真!、SSE拜。嗓SiO2F悼(Fluo沉rided突Sili雕conO肚xide，锡二氧氟化硅土)炼制造电子元谈件才需要用登到的材料。携厕SOI（S粒ilico胖non抛insul狼ator，较绝缘体硅片志）艇SONC(什Syste呢mon武achi插p,系统集鸭成芯片)图在一个处理兽器中集成多猪种功能，如糟：Cyri躁xMed输iaGX。怠访SPEC(眨Syste侵mPer荐forma央nceE尺valua凭tion