cpu基礎(chǔ)知識詳解
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cpu基礎(chǔ)知識詳解
1.CPU的位和字長
位：在數(shù)字電路和電腦技術(shù)中采用二進制，代碼只有“0”和“1”，其中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。
字長：電腦技術(shù)中對CPU在單位時間內(nèi)(同一時間)能一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)叫字長。所以能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的 CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內(nèi)處理字長為32位的二進制數(shù)據(jù)。字節(jié)和字長的區(qū)別：由于常用的英文字符用8位二進制就可以表示，所以通常就將 8位稱為一個字節(jié)。字長的長度是不固定的，對于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個字節(jié)，而32位的CPU一次就能處理4個 字節(jié)，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個字節(jié)。
2.CPU擴展指令集
CPU依靠指令來計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是 提高微處理器效率的最有效工具之一。從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜指令集和精簡指令集兩部分，而從具體運用看，如Intel的 MMX(Multi Media Extended)、SSE、 SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的擴展指令集，分別增強了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。我們通常會把 CPU的擴展指令集稱為"CPU的指令集"。SSE3指令集也是目前規(guī)模最小的指令集，此前MMX包含有57條命令，SSE包含有50條命令，SSE2包 含有144條命令，SSE3包含有13條命令。目前SSE3也是最先進的指令集，英特爾Prescott處理器已經(jīng)支持SSE3指令集，AMD會在未來雙 核心處理器當(dāng)中加入對SSE3指令集的支持，全美達(dá)的處理器也將支持這一指令集。
3.主頻
主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻=外頻×倍頻系數(shù)。很多人認(rèn)為主頻就決定著CPU的運行速度，這不僅 是個片面的，而且對于服務(wù)器來講，這個認(rèn)識也出現(xiàn)了偏差。至今，沒有一條確定的公式能夠?qū)崿F(xiàn)主頻和實際的運算速度兩者之間的數(shù)值關(guān)系，即使是兩大處理器廠 家Intel和AMD，在這點上也存在著很大的爭議，我們從Intel的產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，可以看出Intel很注重加強自身主頻的發(fā)展。像其他的處理器廠 家，有人曾經(jīng)拿過一快1G的全美達(dá)來做比較，它的運行效率相當(dāng)于2G的Intel處理器。
所以，CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產(chǎn)品中，我們也 可以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現(xiàn)得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標(biāo)。
當(dāng)然，主頻和實際的運算速度是有關(guān)的，只能說主頻僅僅是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表CPU的整體性能。
4.外頻
外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位也是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。說白了，在臺式機中，我們所說的超頻，都是超CPU的外頻 (當(dāng)然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的)相信這點是很好理解的。但對于服務(wù)器CPU來講，超頻是絕對不允許的。前面說到CPU決定著主板的運行速 度，兩者是同步運行的，如果把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會產(chǎn)生異步運行，(臺式機很多主板都支持異步運行)這樣會造成整個服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
目前的絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻也是內(nèi)存與主板之間的同步運行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內(nèi)存相連通，實現(xiàn)兩者間的同步運行狀態(tài)。外頻與前端總線(FSB)頻率很容易被混為一談，下面的前端總線介紹我們談?wù)剝烧叩膮^(qū)別。
5.倍頻系數(shù)
倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的 CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)—CPU從系統(tǒng)中 得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，而AMD之前都沒有鎖。
6.緩存
緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工 作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用 再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。
7.制造工藝
制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設(shè)計，意味著在同樣大小面積的 IC中，可以擁有密度更高、功能更復(fù)雜的電路設(shè)計?，F(xiàn)在主要的180nm、130nm、90nm。最近官方已經(jīng)表示有65nm的制造工藝了。
8.CPU內(nèi)核和I/O工作電壓
從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O電壓兩種，通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中內(nèi)核電壓的大小是根據(jù) CPU的生產(chǎn)工藝而定，一般制作工藝越小，內(nèi)核工作電壓越低;I/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題。
9.前端總線(FSB)頻率
前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度。有一條公式可以計算，即數(shù)據(jù)帶寬=(總線頻率×數(shù)據(jù)帶 寬)/8，數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。比方，現(xiàn)在的支持64位的至強Nocona，前端總線是800MHz，按照公式， 它的數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬是6.4GB/秒。
外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外 頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬次;而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是 100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。
其實現(xiàn)在“HyperTransport”構(gòu)架的出現(xiàn)，讓這種實際意義上的前端總線(FSB)頻率發(fā)生了變化。之前我們知道IA-32架構(gòu)必須 有三大重要的構(gòu)件：內(nèi)存控制器Hub (MCH) ,I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片組 Intel 7501、Intel7505芯片組，為雙至強處理器量身定做的，它們所包含的MCH為CPU提供了頻率為533MHz的前端總線，配合DDR內(nèi)存，前端 總線帶寬可達(dá)到4.3GB/秒。但隨著處理器性能不斷提高同時給系統(tǒng)架構(gòu)帶來了很多問題。而“HyperTransport”構(gòu)架不但解決了問題，而且更 有效地提高了總線帶寬，比方AMD Opteron處理器，靈活的HyperTransport I/O總線體系結(jié)構(gòu)讓它整合了內(nèi)存控制器，使處理器不通過系統(tǒng)總線傳給芯片組而直接和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。這樣的話，前端總線(FSB)頻率在AMD Opteron處理器就不知道從何談起了。
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