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CPU指标详解

2009-5-1 07:52| 投稿: computer

摘要: CPU指标详解一、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...
CPU指标详解一、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。 BHT(branch prediction table,分支预测表) 处理器用于决定分支行动方向的数值表。 BPU(Branch Processing Unit,分支处理单元) CPU中用来做分支处理的那一个区域。 Brach Pediction(分支预测) 从P5时代开始的一种先进的数据处理方法,由CPU来判断程序分支的进行方向,能够更快运算速度。 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体) 它是一类特殊的芯片,最常见的用途是主板的BIOS(Basic Input/Output System,基本输入/输出系统 )。 CISC(Complex Instruction Set Computing,复杂指令集计算机) 相对于RISC而言,它的指令位数较长,所以称为复杂指令。如:x86指令长度为87位。 COB(Cache on board,板上集成缓存) 在处理器卡上集成的缓存,通常指的是二级缓存,例:奔腾II COD(Cache on Die,芯片内集成缓存) 在处理器芯片内部集成的缓存,通常指的是二级缓存,例:PGA赛扬370 CPGA(Ceramic Pin Grid Array,陶瓷针型栅格阵列) 一种芯片封装形式。 CPU(Center Processing Unit,中央处理器) 计算机系统的大脑,用于控制和管理整个机器的运作,并执行计算任务。 Data Forwarding(数据前送) CPU在一个时钟周期内,把一个单元的输出值内容拷贝到另一个单元的输入值中。 Decode(指令解码) 由于X86指令的长度不一致,必须用一个单元进行“翻译”,真正的内核按翻译后要求来工作。 EC(Embedded Controller,嵌入式控制器) 在一组特定系统中,新增到固定位置,完成一定任务的控制装置就称为嵌入式控制器。 Embedded Chips(嵌入式) 一种特殊用途的CPU,通常放在非计算机系统,如:家用电器。 EPIC(explicitly parallel instruction code,并行指令代码) 英特尔的64位芯片架构,本身不能执行x86指令,但能通过译码器来兼容旧有的x86指令,只是运算速度 比真正的32位芯片有所下降。 FADD(Floationg Point Addition,浮点加) FCPGA(Flip Chip Pin Grid Array,反转芯片针脚栅格阵列) 一种芯片封装形式,例:奔腾III 370。 FDIV(Floationg Point Divide,浮点除) FEMMS(Fast Entry/Exit Multimedia State,快速进入/退出多媒体状态) 在多能奔腾之中,MMX和浮点单元是不能同时运行的。新的芯片加快了两者之间的切换,这就是FEMMS。 FFT(fast Fourier transform,快速热欧姆转换) 一种复杂的算法,可以测试CPU的浮点能力。 FID(FID:Frequency identify,频率鉴别号码) 奔腾III通过ID号来检查CPU频率的方法,能够有效防止Remark。 FIFO(First Input First Output,先入先出队列) 这是一种传统的按序执行方法,先进入的指令先完成并引退,跟着才执行第二条指令。 FLOP(Floating Point Operations Per Second,浮点操作/秒) 计算CPU浮点能力的一个单位。 FMUL(Floationg Point Multiplication,浮点乘) FPU(Float Point Unit,浮点运算单元) FPU是专用于浮点运算的处理器,以前的FPU是一种单独芯片,在486之后,英特尔把FPU与集成在CPU之内 。 FSUB(Floationg Point Subtraction,浮点减) HL-PBGA(表面黏著、高耐热、轻薄型塑胶球状矩阵封装) 一种芯片封装形式。 IA(Intel Architecture,英特尔架构) 英特尔公司开发的x86芯片结构。 ID(identify,鉴别号码) 用于判断不同芯片的识别代码。 IMM(Intel Mobile Module, 英特尔移动模块) 英特尔开发用于笔记本电脑的处理器模块,集成了CPU和其它控制设备。 Instructions Cache(指令缓存) 由于系统主内存的速度较慢,当CPU读取指令的时候,会导致CPU停下来等待内存传输的情况。指令缓存 就是在主内存与CPU之间增加一个快速的存储区域,即使CPU未要求到指令,主内存也会自动把指令预先 送到指令缓存,当CPU要求到指令时,可以直接从指令缓存中读出,无须再存取主内存,减少了CPU的等 待时间。 Instruction Coloring(指令分类) 一种制造预测执行指令的技术,一旦预测判断被相应的指令决定以后,处理器就会相同的指令处理同类 的判断。 Instruction Issue(指令发送) 它是第一个CPU管道,用于接收内存送到的指令,并把它发到执行单元。 IPC(Instructions Per Clock Cycle,指令/时钟周期) 表示在一个时钟周期用可以完成的指令数目。 KNI(Katmai New Instructions,Katmai新指令集,即SSE) Latency(潜伏期) 从字面上了解其含义是比较困难的,实际上,它表示完全执行一个指令所需的时钟周期,潜伏期越少越 好。严格来说,潜伏期包括一个指令从接收到发送的全过程。现今的大多数x86指令都需要约5个时钟周 期,但这些周期之中有部分是与其它指令交迭在一起的(并行处理),因此CPU制造商宣传的潜伏期要比 实际的时间长。 LDT(Lightning Data Transport,闪电数据传输总线) K8采用的新型数据总线,外频在200MHz以上。 MMX(MultiMedia Extensions,多媒体扩展指令集) 英特尔开发的最早期SIMD指令集,可以增强浮点和多媒体运算的速度。 MFLOPS(Million Floationg Point/Second,每秒百万个浮点操作) 计算CPU浮点能力的一个单位,以百万条指令为基准。 NI(Non-Intel,非英特尔架构) 除了英特尔之外,还有许多其它生产兼容x86体系的厂商,由于专利权的问题,它们的产品和英特尔系不 一样,但仍然能运行x86指令。 OLGA(Organic Land Grid Array,基板栅格阵列) 一种芯片封装形式。 OoO(Out of Order,乱序执行) Post-RISC芯片的特性之一,能够不按照程序提供的顺序完成计算任务,是一种加快处理器运算速度的架 构。 PGA(Pin-Grid Array,引脚网格阵列) 一种芯片封装形式,缺点是耗电量大。 Post-RISC 一种新型的处理器架构,它的内核是RISC,而外围是CISC,结合了两种架构的优点,拥有预测执行、处 理器重命名等先进特性,如:Athlon。 PSN(Processor Serial numbers,处理器序列号) 标识处理器特性的一组号码,包括主频、生产日期、生产编号等。 PIB(Processor In a Box,盒装处理器) CPU厂商正式在市面上发售的产品,通常要比OEM(Original Equipment Manufacturer,原始设备制造商)厂商流通到市场的散装芯片贵,但只有PIB拥有厂商正式的保修权利。 PPGA(Plastic Pin Grid Array,塑胶针状矩阵封装) 一种芯片封装形式,缺点是耗电量大。 PQFP(Plastic Quad Flat Package,塑料方块平面封装) 一种芯片封装形式。 RAW(Read after Write,写后读) 这是CPU乱序执行造成的错误,即在必要条件未成立之前,已经先写下结论,导致最终结果出错。 Register Contention(抢占寄存器) 当寄存器的上一个写回任务未完成时,另一个指令征用此寄存器时出现的冲突。 Register Pressure(寄存器不足) 软件算法执行时所需的寄存器数目受到限制。对于X86处理器来说,寄存器不足已经成为了它的最大特点 ,因此AMD才想在下一代芯片K8之中,增加寄存器的数量。 Register Renaming(寄存器重命名) 把一个指令的输出值重新定位到一个任意的内部寄存器。在x86架构中,这类情况是常常出现的,如:一 个fld或fxch或mov指令需要同一个目标寄存器时,就要动用到寄存器重命名。 Remark(芯片频率重标识) 芯片制造商为了方便自己的产品定级,把大部分CPU都设置为可以自由调节倍频和外频,它在同一批CPU 中选出好的定为较高的一级,性能不足的定位较低的一级,这些都在工厂内部完成,是合法的频率定位 方法。但出厂以后,经销商把低档的CPU超频后,贴上新的标签,当成高档CPU卖的非法频率定位则称为 Remark。因为生产商有权力改变自己的产品,而经销商这样做就是侵犯版权,不要以为只有软件才有版 权,硬件也有版权呢。 Resource contention(资源冲突) 当一个指令需要寄存器或管道时,它们被其它指令所用,处理器不能即时作出回应,这就是资源冲突。 Retirement(指令引退) 当处理器执行过一条指令后,自动把它从调度进程中去掉。如果仅是指令完成,但仍留在调度进程中, 亦不算是指令引退。 RISC(Reduced Instruction Set Computing,精简指令集计算机) 一种指令长度较短的计算机,其运行速度比CISC要快。 SEC(Single Edge Connector,单边连接器) 一种处理器的模块,如:奔腾II。 SIMD(Single Instruction Multiple Data,单指令多数据流) 能够复制多个操作,并把它们打包在大型寄存器的一组指令集,例:3DNow!、SSE。 SiO2F(Fluorided Silicon Oxide,二氧氟化硅) 制造电子元件才需要用到的材料。 SOI(Silicon on insulator,绝缘体硅片) SONC(System on a chip,系统集成芯片) 在一个处理器中集成多种功能,如:Cyrix MediaGX。 SPEC(System Performance Evaluation Corporation,系统性能评估测试) 测试系统总体性能的Benchmark。 Speculative execution(预测执行) 一个用于执行未明指令流的区域。当分支指令发出之后,传统处理器在未收到正确的反馈信息之前,是 不能做任何工作的,而具有预测执行能力的新型处理器,可以估计即将执行的指令,采用预先计算的方 法来加快整个处理过程。 SQRT(Square Root Calculations,平方根计算) 一种复杂的运算,可以考验CPU的浮点能力。 SSE(Streaming SIMD Extensions,单一指令多数据流扩展) 英特尔开发的第二代SIMD指令集,有70条指令,可以增强浮点和多媒体运算的速度。 Superscalar(超标量体系结构) 在同一时钟周期可以执行多条指令流的处理器架构。 TCP(Tape Carrier Package,薄膜封装) 一种芯片封装形式,特点是发热小。 Throughput(吞吐量) 它包括两种含义: 第一种:执行一条指令所需的最少时钟周期数,越少越好。执行的速度越快,下一条指令和它抢占资源 的机率也越少。 第二种:在一定时间内可以执行的最多指令数,当然是越大越好。 TLBs(Translate Look side Buffers,翻译旁视缓冲器) 用于存储指令和输入/输出数值的区域。 VALU(Vector Arit
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