CPU相关知识介绍

1、 HYPERLINK 中国最庞大的下载资料库 (整理. 版权归原作者所有) 如果您不是在 网站下载此资料的, 不要随意相信. 请访问3722, 加入必要时可将此文件解密CPU相关知识介绍一、决定CCPU性性能技术术指标 每个买买CPUU的消费费者，第第一时间间要过问问的就是是它的性性能，对对于一个个CPUU来说，性性能是否否强大是是它能否否在市场场上生存存下去的的第一要要素，那那么CPPU的性性能是由由哪些因因素决定定的咧？下面就就列出影影响CPPU性能能的主要要技术指指标： 1、主主频，也也就是CCPU的的时钟频频率，简简单地说说也就是是CPUU的工作作频率。一一般说来来，一个个时钟周周期完

2、成成的指令令数是固固定的，所所以主频频越高，CCPU的的速度也也就越快快了。不不过由于于各种CCPU的的内部结结构也不不尽相同同，所以以并不能能完全用用主频来来概括CCPU的的性能。至至于外频频就是系系统总线线的工作作频率；而倍频频则是指指CPUU外频与与主频相相差的倍倍数。用用公式表表示就是是：主频频=外频频倍频。 2、内内存总线线速度或或者叫系系统总线线速度，一一般等同同于CPPU的外外频。内内存总线线的速度度对整个个系统性性能来说说很重要要，由于于内存速速度的发发展滞后后于CPPU的发发展速度度，为了了缓解内内存带来来的瓶颈颈，所以以出现了了二级缓缓存，来来协调两两者之间间的差异异，而内

3、内存总线线速度就就是指CCPU与与二级(L2)高速缓缓存和内内存之间间的工作作频率。 3、LL1高速速缓存，也也就是我我们经常常说的一一级高速速缓存。在在CPUU里面内内置了高高速缓存存可以提提高CPPU的运运行效率率。内置置的L11高速缓缓存的容容量和结结构对CCPU的的性能影影响较大大，不过过高速缓缓冲存储储器均由由静态RRAM组组成，结结构较复复杂，在在CPUU管芯面面积不能能太大的的情况下下，L11级高速速缓存的的容量不不可能做做得太大大。采用用回写(Wriite Back)结构的的高速缓缓存。它它对读和和写操作作均有可可提供缓缓存。而而采用写写通(WWritte-tthrooughh

4、)结构构的高速速缓存，仅仅对读操操作有效效。在4486以以上的计计算机中中基本采采用了回回写式高高速缓存存。在目目前流行行的处理理器中，奔奔腾和Ceelerron处处理器拥拥有322KB的的L1高高速缓存存，奔腾腾4为88KB，而而AMDD的Duuronn和Atthloon处理理器的LL1高速速缓存高高达1228KBB。 4、LL2高速速缓存，指指CPUU第二层层的高速速缓存，第第一个采采用L22高速缓缓存的是是奔腾 Pro处理理器，它它的L22高速缓缓存和CCPU运运行在相相同频率率下的，但但成本昂昂贵，市市场生命命很短，所所以其后后奔腾 II的L22高速缓缓存运行行在相当当于CPPU频率率

5、一半下下的。接接下来的的Celleroon处理理器又使使用了和和CPUU同速运运行的LL2高速速缓存，现现在流行行的CPPU,无无论是AAthllonXXP和奔奔腾4，其其L2高高速缓存存都是和和CPUU同速运运行的。除除了速度度以外，LL2高速速缓存容容量也会会影响CCPU的的性能，原原则是越越大越好好，现在在家庭用用CPUU容量最最大的是是5122KB，而而服务器器和工作作站上用用CPUU的L22高速缓缓存更高高达1MMB-33MB。 5、流流水线技技术、超超标量。流流水线(pippeliine)是 Intell首次在在4866芯片中中开始使使用的。流流水线的的工作方方式就象象工业生生产上

6、的的装配流流水线。在在CPUU中由556个个不同功功能的电电路单元元组成一一条指令令处理流流水线，然然后将一一条X886指令令分成556步步后再由由这些电电路单元元分别执执行，这这样就能能实现在在一个CCPU时时钟周期期完成一一条指令令，因此此提高了了CPUU的运算算速度。超超流水线线是指某某型 CPU内部部的流水水线超过过通常的的566步以上上，例如如奔腾 4的流水线线就长达达20步步。将流流水线设设计的步步(级)数越多多，其完完成一条条指令的的速度越越快，因因此才能能适应工工作主频频更高的的CPUU。超标标量是指指在一个个时钟周周期内CCPU可可以执行行一条以以上的指指令。这这在4886或

7、者者以前的的CPUU上是很很难想象象的，只只有奔腾腾级以上上CPUU才具有有这种超超标量结结构；这这是因为为现代的的CPUU越来越越多的采采用了RRISCC技术，所所以才会会有超标标量的CCPU。 6、协处理理器或者者叫数学学协处理理器。在在4866以前的的CPUU里面，是是没有内内置协处处理器的的。由于于协处理理器主要要的功能能就是负负责浮点点运算，因因此3886、2286、880888等等微微机CPPU的浮浮点运算算性能都都相当落落后，自自从4886以后后，CPPU一般般都内置置了协处处理器，协协处理器器的功能能也不再再局限于于增强浮浮点运算算。现在在CPUU的浮点点单元（协协处理器器）往

8、往往对多媒媒体指令令进行了了优化。比比如Inntell的MMMX技术术，MMMX是“多媒体体扩展指指令集”的缩写写。MMMX是IInteel公司司在19996年年为增强强奔腾 CPU在音音像、图图形和通通信应用用方面而而采取的的新技术术。为CCPU新新增加557条MMMX指指令，把把处理多多媒体的的能力提提高了660左左右。现现在的CCPU已已经普遍遍内置了了这些多多媒体指指令集，例例如现在在奔腾44内置了了SSEE2指令令集，而而AthhlonnXP则则内置增增强型的的3DNNow!指令集集。 7、工工作电压压。工作作电压指指的也就就是CPPU正常常工作所所需的电电压。早早期CPPU（338

9、6、4486）由由于工艺艺落后，它它们的工工作电压压一般为为5V（奔奔腾等是是3.55V/33.3VV/2.8V等等），随随着CPPU的制制造工艺艺与主频频的提高高，CPPU的工工作电压压有逐步步下降的的趋势，IInteel最新新出品的的Tuaalattin核核心Ceelerron已已经采用用1.4475VV的工作作电压了了。低电电压能解解决耗电电过大和和发热过过高的问问题。这这对于笔笔记本电电脑尤其其重要。 8、乱乱序执行行和分枝枝预测，乱乱序执行行是指CCPU采采用了允允许将多多条指令令不按程程序规定定的顺序序分开发发送给各各相应电电路单元元处理的的技术。分分枝是指指程序运运行时需需要改变

10、变的节点点。分枝枝有无条条件分枝枝和有条条件分枝枝，其中中无条件件分枝只只需要CCPU按按指令顺顺序执行行，而条条件分枝枝则必须须根据处处理结果果再决定定程序运运行方向向是否改改变，因因此需要要“分枝预预测”技术处处理的是是条件分分枝。 9、制制造工艺艺，制造造工艺虽虽然不会会直接影影响CPPU的性性能，但但它可以以可以极极大地影影响CPPU的集集成度和和工作频频率，制制造工艺艺越精细细，CPPU可以以达到的的频率越越高，集集成的晶晶体管就就可以更更多。第第一代奔奔腾 CPU的制制造工艺艺是0.35微微米， 最高达到2266MMhz的的频率，PPII和和赛扬是是0.225微米米，频率率最高达达

11、到4550Mhhz。铜铜矿核心心的奔腾腾制造工工艺缩小小到了00.188微米，最最高频率率达到11.133Ghzz。最新新Norrthwwoodd核心的的奔腾44 CPU制造造工艺达达到0.13微微米，目目前频率率已经达达到2.4Ghhz，估估计达到到3Ghhz也没没有问题题。在明明年，IInteel CPU的制制造工艺艺会达到到0.009毫米米。 二、CCPU技技术术语语不完全全手册 为了使使读者在在日常购购买操作作电脑时时方便查查询，特特在本节节最后列列出和CCPU有有关的技技术术语语，安第第一个字字母的顺顺序排列列： 3DNoww!(33D nno wwaittingg) AMD公司司开

12、发的的SIMMD指令令集，可可以增强强浮点和和多媒体体运算的的速度，它它的指令令数为221条。 ALU(AAritthmeeticc Loogicc Unnit，算算术逻辑辑单元) 在处理器之之中用于于计算的的那一部部分，与与其同级级的有数数据传输输单元和和分支单单元。 BGA(BBalll Grrid Arrray，球球状矩阵阵排列) 一种芯片封封装形式式，例：824443BBX。 BHT(bbrannch preedicctioon ttablle，分分支预测测表) 处理器用于于决定分分支行动动方向的的数值表表。 BPU(BBrannch Proocesssinng UUnitt，分支支处

13、理单单元) CPU中用用来做分分支处理理的那一一个区域域。 Brachh Peedicctioon（分分支预测测） 从P5时代代开始的的一种先先进的数数据处理理方法，由由CPUU来判断断程序分分支的进进行方向向，能够够更快运运算速度度。 CMOS（CCompplemmenttaryy Meetall Oxxidee Seemiccondducttor，互互补金属属氧化物物半导体体） 它是一类特特殊的芯芯片，最最常见的的用途是是主板的的BIOOS（BBasiic IInpuut/OOutpput Sysstemm，基本本输入/输出系系统）。 CISC(Commpleex IInsttruccti

14、oon SSet Commputtingg，复杂杂指令集集计算机机) 相对于RIISC而而言，它它的指令令位数较较长，所所以称为为复杂指指令。如如：x886指令令长度为为87位位。 COB(CCachhe oon bboarrd，板板上集成成缓存) 在处理器卡卡上集成成的缓存存，通常常指的是是二级缓缓存，例例：奔腾腾II COD(CCachhe oon DDie，芯芯片内集集成缓存存) 在处理器芯芯片内部部集成的的缓存，通通常指的的是二级级缓存，例例：PGGA赛扬扬3700 CPGA(Cerramiic PPin Griid AArraay，陶陶瓷针型型栅格阵阵列) 一种芯片封封装形式式。 C

15、PU(CCentter Proocesssinng UUnitt，中央央处理器器) 计算机系统统的大脑脑，用于于控制和和管理整整个机器器的运作作，并执执行计算算任务。 Data Forrwarrdinng（数数据前送送） CPU在一一个时钟钟周期内内，把一一个单元元的输出出值内容容拷贝到到另一个个单元的的输入值值中。 Decodde（指指令解码码） 由于X866指令的的长度不不一致，必必须用一一个单元元进行“翻译”，真正正的内核核按翻译译后要求求来工作作。 EC(Emmbedddedd Coontrrolller，嵌嵌入式控控制器) 在一组特定定系统中中，新增增到固定定位置，完完成一定定任务的

16、的控制装装置就称称为嵌入入式控制制器。 Embedddedd Chhipss(嵌入入式) 一种特殊用用途的CCPU，通通常放在在非计算算机系统统，如：家用电电器。 EPIC(exppliccitlly pparaalleel iinsttrucctioon ccodee，并行行指令代代码) 英特尔的664位芯芯片架构构，本身身不能执执行x886指令令，但能能通过译译码器来来兼容旧旧有的xx86指指令，只只是运算算速度比比真正的的32位位芯片有有所下降降。 FADD（FFloaatioong Poiint Addditiion，浮浮点加） FCPGAA(Fllip Chiip PPin Grii

17、d AArraay，反反转芯片片针脚栅栅格阵列列) 一种芯片封封装形式式，例：奔腾IIII 3700。 FDIV（FFloaatioong Poiint Divvidee，浮点点除） FEMMSS（Faast Enttry/Exiit MMulttimeediaa Sttatee，快速速进入/退出多多媒体状状态） 在多能奔腾腾之中，MMMX和和浮点单单元是不不能同时时运行的的。新的的芯片加加快了两两者之间间的切换换，这就就是FEEMMSS。 FFT（ffastt Foouriier traansfformm，快速速热欧姆姆转换） 一种复杂的的算法，可可以测试试CPUU的浮点点能力。 FID(F

18、FID：Freequeencyy iddenttifyy，频率率鉴别号号码) 奔腾IIII通过IID号来来检查CCPU频频率的方方法，能能够有效效防止RRemaark。 FIFO(Firrst Inpput Firrst Outtputt，先入入先出队队列) 这是一种传传统的按按序执行行方法，先先进入的的指令先先完成并并引退，跟跟着才执执行第二二条指令令。 FLOP(Flooatiing Poiint Opeerattionns PPer Seccondd，浮点点操作/秒) 计算CPUU浮点能能力的一一个单位位。 FMUL(Flooatiiongg Poointt Muultiipliicat

19、tionn，浮点点乘) FPU(FFloaat PPoinnt UUnitt，浮点点运算单单元) FPU是专专用于浮浮点运算算的处理理器，以以前的FFPU是是一种单单独芯片片，在4486之之后，英英特尔把把FPUU与集成成在CPPU之内内。 FSUB(Flooatiiongg Poointt Suubtrracttionn，浮点点减) HL-PBBGA（表表面黏著著、高耐耐热、轻轻薄型塑塑胶球状状矩阵封封装） 一种芯片封封装形式式。 IA(Inntell Arrchiiteccturre，英英特尔架架构) 英特尔公司司开发的的x866芯片结结构。 ID（iddenttifyy，鉴别别号码） 用

20、于判断不不同芯片片的识别别代码。 IMM（IInteel MMobiile Moddulee, 英英特尔移移动模块块） 英特尔开发发用于笔笔记本电电脑的处处理器模模块，集集成了CCPU和和其它控控制设备备。 Instrructtionns CCachhe（指指令缓存存） 由于系统主主内存的的速度较较慢，当当CPUU读取指指令的时时候，会会导致CCPU停停下来等等待内存存传输的的情况。指指令缓存存就是在在主内存存与CPPU之间间增加一一个快速速的存储储区域，即即使CPPU未要要求到指指令，主主内存也也会自动动把指令令预先送送到指令令缓存，当当CPUU要求到到指令时时，可以以直接从从指令缓缓存中读

21、读出，无无须再存存取主内内存，减减少了CCPU的的等待时时间。 Instrructtionn Coolorringg（指令令分类） 一种制造预预测执行行指令的的技术，一一旦预测测判断被被相应的的指令决决定以后后，处理理器就会会相同的的指令处处理同类类的判断断。 Instrructtionn Isssuee（指令令发送） 它是第一个个CPUU管道，用用于接收收内存送送到的指指令，并并把它发发到执行行单元。 IPC（IInsttrucctioons Perr Cllockk Cyyclee，指令令/时钟钟周期） 表示在一个个时钟周周期用可可以完成成的指令令数目。 KNI(KKatmmai Neww

22、 Innstrructtionns，KKatmmai新新指令集集，即SSSE) Latenncy（潜潜伏期） 从字面上了了解其含含义是比比较困难难的，实实际上，它它表示完完全执行行一个指指令所需需的时钟钟周期，潜潜伏期越越少越好好。严格格来说，潜潜伏期包包括一个个指令从从接收到到发送的的全过程程。现今今的大多多数x886指令令都需要要约5个个时钟周周期，但但这些周周期之中中有部分分是与其其它指令令交迭在在一起的的（并行行处理），因因此CPPU制造造商宣传传的潜伏伏期要比比实际的的时间长长。 LDT(LLighhtniing Datta TTrannspoort，闪闪电数据据传输总总线) K8采

23、用的的新型数数据总线线，外频频在2000MHHz以上上。 MMX（MMulttiMeediaa Exxtennsioons，多多媒体扩扩展指令令集） 英特尔开发发的最早早期SIIMD指指令集，可可以增强强浮点和和多媒体体运算的的速度。 MFLOPPS(MMilllionn Flloattionng PPoinnt/SSecoond，每每秒百万万个浮点点操作) 计算CPUU浮点能能力的一一个单位位，以百百万条指指令为基基准。 NI（NoonIInteel，非非英特尔尔架构） 除了英特尔尔之外，还还有许多多其它生生产兼容容x866体系的的厂商，由由于专利利权的问问题，它它们的产产品和英英特尔系系不

24、一样样，但仍仍然能运运行x886指令令。 OLGA(Orgganiic LLandd Grrid Arrray，基基板栅格格阵列) 一种芯片封封装形式式。 OoO(OOut of Ordder，乱乱序执行行) Post-RISSC芯片片的特性性之一，能能够不按按照程序序提供的的顺序完完成计算算任务，是是一种加加快处理理器运算算速度的的架构。 PGA（PPin-Griid AArraay，引引脚网格格阵列） 一种芯片封封装形式式，缺点点是耗电电量大。 Post-RISSC 一种新型的的处理器器架构，它它的内核核是RIISC，而而外围是是CISSC，结结合了两两种架构构的优点点，拥有有预测执执行、

25、处处理器重重命名等等先进特特性，如如：Atthloon。 PSN(PProccesssor Serriall nuumbeers，处处理器序序列号) 标识处理器器特性的的一组号号码，包包括主频频、生产产日期、生生产编号号等。 PIB（PProccesssor In a BBox，盒盒装处理理器） CPU厂商商正式在在市面上上发售的的产品，通通常要比比OEMM（Orrigiinall Eqquippmennt Manuffacttureer，原原始设备备制造商商）厂商商流通到到市场的的散装芯芯片贵，但但只有PPIB拥拥有厂商商正式的的保修权权利。 PPGA(Plaastiic PPin Grii

26、d AArraay，塑塑胶针状状矩阵封封装) 一种芯片封封装形式式，缺点点是耗电电量大。 PQFP(Plaastiic QQuadd Fllat Pacckagge，塑塑料方块块平面封封装) 一种芯片封封装形式式。 RAW(RReadd affterr Wrritee，写后后读) 这是CPUU乱序执执行造成成的错误误，即在在必要条条件未成成立之前前，已经经先写下下结论，导导致最终终结果出出错。 Regissterr Coonteentiion（抢抢占寄存存器） 当寄存器的的上一个个写回任任务未完完成时，另另一个指指令征用用此寄存存器时出出现的冲冲突。 Regissterr Prresssure

27、e（寄存存器不足足） 软件算法执执行时所所需的寄寄存器数数目受到到限制。对对于X886处理理器来说说，寄存存器不足足已经成成为了它它的最大大特点，因因此AMMD才想想在下一一代芯片片K8之之中，增增加寄存存器的数数量。 Regissterr Reenammingg（寄存存器重命命名） 把一个指令令的输出出值重新新定位到到一个任任意的内内部寄存存器。在在x866架构中中，这类类情况是是常常出出现的，如如：一个个fldd或fxxch或或movv指令需需要同一一个目标标寄存器器时，就就要动用用到寄存存器重命命名。 Remarrk（芯芯片频率率重标识识） 芯片制造商商为了方方便自己己的产品品定级，把把

28、大部分分CPUU都设置置为可以以自由调调节倍频频和外频频，它在在同一批批CPUU中选出出好的定定为较高高的一级级，性能能不足的的定位较较低的一一级，这这些都在在工厂内内部完成成，是合合法的频频率定位位方法。但但出厂以以后，经经销商把把低档的的CPUU超频后后，贴上上新的标标签，当当成高档档CPUU卖的非非法频率率定位则则称为RRemaark。因因为生产产商有权权力改变变自己的的产品，而而经销商商这样做做就是侵侵犯版权权，不要要以为只只有软件件才有版版权，硬硬件也有有版权呢呢。 Resouurcee coonteentiion（资资源冲突突） 当一个指令令需要寄寄存器或或管道时时，它们们被其它它

29、指令所所用，处处理器不不能即时时作出回回应，这这就是资资源冲突突。 Retirremeent（指指令引退退） 当处理器执执行过一一条指令令后，自自动把它它从调度度进程中中去掉。如如果仅是是指令完完成，但但仍留在在调度进进程中，亦亦不算是是指令引引退。 RISC(Redduceed IInsttrucctioon SSet Commputtingg，精简简指令集集计算机机) 一种指令长长度较短短的计算算机，其其运行速速度比CCISCC要快。 SEC（SSinggle Edgge CConnnecttor，单单边连接接器） 一种处理器器的模块块，如：奔腾III。 SIMD(Sinnglee Innstrructtionn Muultiiplee Daata，单单指令多多数据流流) 能够复制多多个操作作，并把把它们打打包在大大型寄存存器的一一组指令令集，例例：3DDNoww!、SSSE。 SiO2FF(Flluorrideed SSiliiconn Oxxidee，二氧氧氟化硅硅) 制造电子元元件才需需要用到到的材料料。 SOI（SSiliiconn onn innsullatoor，绝绝缘体硅硅片） SONC(Sysstemm onn a chiip,系系统集成成芯片) 在一个处理理器中集集成多种种功能，如如：Cyyrixx MeediaaGX。