CPU性能技術指標J及術語手冊
一、決定CPU性能技術指標
??每個買CPU的消費者,第一時間要過問的就是它的性能,對于一個CPU來說,性能是否強大是它能否在市場上生存下去的第一要 素,那么CPU的性能是由哪些因素決定的咧?下面就列出影響CPU性能的主要技術指標:
??1、主頻,也就是CPU的時鐘頻率,簡單地說也就是CPU的工作頻率。一般說來,一個時鐘周期完成的指令數(shù)是固定的,所以主 頻越高,CPU的速度也就越快了。不過由于各種CPU的內(nèi)部結(jié)構也不盡相同,所以并不能完全用主頻來概括CPU的性能。至于外頻 就是系統(tǒng)總線的工作頻率;而倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。用公式表示就是:主頻=外頻×倍頻。 ;
??2、內(nèi)存總線速度或者叫系統(tǒng)總線速度,一般等同于CPU的外頻。內(nèi)存總線的速度對整個系統(tǒng)性能來說很重要,由于內(nèi)存速度的發(fā) 展滯后于CPU的發(fā)展速度,為了緩解內(nèi)存帶來的瓶頸,所以出現(xiàn)了二級緩存,來協(xié)調(diào)兩者之間的差異,而內(nèi)存總線速度就是指CPU與 二級(L2)高速緩存和內(nèi)存之間的工作頻率。
??3、L1高速緩存,也就是我們經(jīng)常說的一級高速緩存。在CPU里面內(nèi)置了高速緩存可以提高CPU的運行效率。內(nèi)置的L1高速 緩存的容量和結(jié)構對CPU的性能影響較大,不過高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成,結(jié)構較復雜,在CPU管芯面積不能太大的情況 下,L1級高速緩存的容量不可能做得太大。采用回寫(Write Back)結(jié)構的高速緩存。它對讀和寫操作均有可提供緩存。而采用寫通(Write-through)結(jié)構的高速緩存,僅對讀操 作有效。在486以上的計算機中基本采用了回寫式高速緩存。在目前流行的處理器中,奔騰Ⅲ和Celeron處理器擁有32KB的 L1高速緩存,奔騰4為8KB,而AMD的Duron和Athlon處理器的L1高速緩存高達128KB。 &nbs p;
??4、L2高速緩存,指CPU第二層的高速緩存,第一個采用L2高速緩存的是奔騰 Pro處理器,它的L2高速緩存和CPU運行在相同頻率下的,但成本昂貴,市場生命很短,所以其后奔騰 II的L2高速緩存運行在相當于CPU頻率一半下的。接下來的Celeron處理器又使用了和CPU同速運行的L2高速緩存,現(xiàn) 在流行的CPU,無論是AthlonXP和奔騰4,其L2高速緩存都是和CPU同速運行的。除了速度以外,L2高速緩存容量也會 影響CPU的性能,原則是越大越好,現(xiàn)在家庭用CPU容量最大的是512KB,而服務器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高達 1MB-3MB。
??5、流水線技術、超標量。流水線(pipeline)是 Intel首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由5~6個不同功能的電路單 元組成一條指令處理流水線,然后將一條X86指令分成5~6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行,這樣就能實現(xiàn)在一個CPU時鐘周期完 成一條指令,因此提高了CPU的運算速度。超流水線是指某型 CPU內(nèi)部的流水線超過通常的5~6步以上,例如奔騰 4的流水線就長達20步。將流水線設計的步(級)數(shù)越多,其完成一條指令的速度越快,因此才能適應工作主頻更高的CPU。超標量 是指在一個時鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令。這在486或者以前的CPU上是很難想象的,只有奔騰級以上CPU才具有這 種超標量結(jié)構;這是因為現(xiàn)代的CPU越來越多的采用了RISC技術,所以才會有超標量的CPU。
6、協(xié)處理器或者叫數(shù)學協(xié)處理器。在486以前的CPU里面,是沒有內(nèi)置協(xié)處理器的。由于協(xié)處理器主要的功能就是負責浮點運算, 因此386、286、8088等等微機CPU的浮點運算性能都相當落后,自從486以后,CPU一般都內(nèi)置了協(xié)處理器,協(xié)處理器 的功能也不再局限于增強浮點運算。現(xiàn)在CPU的浮點單元(協(xié)處理器)往往對多媒體指令進行了優(yōu)化。比如Intel的MMX技術, MMX是“多媒體擴展指令集”的縮寫。MMX是Intel公司在1996年為增強奔騰 CPU在音像、圖形和通信應用方面而采取的新技術。為CPU新增加57條MMX指令,把處理多媒體的能力提高了60%左右。現(xiàn)在 的CPU已經(jīng)普遍內(nèi)置了這些多媒體指令集,例如現(xiàn)在奔騰4內(nèi)置了SSE2指令集,而AthlonXP則內(nèi)置增強型的3DNow! 指令集。
??7、工作電壓。工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。早期CPU(386、486)由于工藝落后,它們的工作電壓一 般為5V(奔騰等是3.5V/3.3V/2.8V等),隨著CPU的制造工藝與主頻的提高,CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢, Intel最新出品的Tualatin核心Celeron已經(jīng)采用1.475V的工作電壓了。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的 問題。這對于筆記本電腦尤其重要。
??8、亂序執(zhí)行和分枝預測,亂序執(zhí)行是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應電路單元處理的技術。 分枝是指程序運行時需要改變的節(jié)點。分枝有無條件分枝和有條件分枝,其中無條件分枝只需要CPU按指令順序執(zhí)行,而條件分枝則必 須根據(jù)處理結(jié)果再決定程序運行方向是否改變,因此需要“分枝預測”技術處理的是條件分枝。
??9、制造工藝,制造工藝雖然不會直接影響CPU的性能,但它可以可以極大地影響CPU的集成度和工作頻率,制造工藝越精細, CPU可以達到的頻率越高,集成的晶體管就可以更多。第一代奔騰 CPU的制造工藝是0.35微米, 最高達到266Mhz的頻率,PII和賽揚是0.25微米,頻率最高達到450Mhz。銅礦核心的奔騰Ⅲ制造工藝縮小到了0.1 8微米,最高頻率達到1.13Ghz。最新Northwood核心的奔騰4 CPU制造工藝達到0.13微米,目前頻率已經(jīng)達到2.4Ghz,估計達到3Ghz也沒有問題。在明年,Intel CPU的制造工藝會達到0.09毫米。
二、CPU技術術語不完全手冊
??為了使讀者在日常購買操作電腦時方便查詢,特在本節(jié)最后列出和CPU有關的技術術語,安第一個字母的順序排列:
AMD公司開發(fā)的SIMD指令集,可以增強浮點和多媒體運算的速度,它的指令數(shù)為21條。
ALU(Arithmetic Logic Unit,算術邏輯單元)
在處理器之中用于計算的那一部分,與其同級的有數(shù)據(jù)傳輸單元和分支單元。
BGA(Ball Grid Array,球狀矩陣排列)
一種芯片封裝形式,例:82443BX。
BHT(branch prediction table,分支預測表)
處理器用于決定分支行動方向的數(shù)值表。
BPU(Branch Processing Unit,分支處理單元)
CPU中用來做分支處理的那一個區(qū)域。
Brach Pediction(分支預測)
從P5時代開始的一種先進的數(shù)據(jù)處理方法,由CPU來判斷程序分支的進行方向,能夠更快運算速度。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)
它是一類特殊的芯片,最常見的用途是主板的BIOS(Basic Input/Output System,基本輸入/輸出系統(tǒng))。
CISC(Complex Instruction Set Computing,復雜指令集計算機)
相對于RISC而言,它的指令位數(shù)較長,所以稱為復雜指令。如:x86指令長度為87位。
COB(Cache on board,板上集成緩存)
在處理器卡上集成的緩存,通常指的是二級緩存,例:奔騰II
COD(Cache on Die,芯片內(nèi)集成緩存)
在處理器芯片內(nèi)部集成的緩存,通常指的是二級緩存,例:PGA賽揚370
CPGA(Ceramic Pin Grid Array,陶瓷針型柵格陣列)
一種芯片封裝形式。
CPU(Center Processing Unit,中央處理器)
計算機系統(tǒng)的大腦,用于控制和管理整個機器的運作,并執(zhí)行計算任務。
Data Forwarding(數(shù)據(jù)前送)
CPU在一個時鐘周期內(nèi),把一個單元的輸出值內(nèi)容拷貝到另一個單元的輸入值中。
Decode(指令解碼)
由于X86指令的長度不一致,必須用一個單元進行“翻譯”,真正的內(nèi)核按翻譯后要求來工作。
EC(Embedded Controller,嵌入式控制器)
在一組特定系統(tǒng)中,新增到固定位置,完成一定任務的控制裝置就稱為嵌入式控制器。
Embedded Chips(嵌入式)
一種特殊用途的CPU,通常放在非計算機系統(tǒng),如:家用電器。
EPIC(explicitly parallel instruction code,并行指令代碼)
英特爾的64位芯片架構,本身不能執(zhí)行x86指令,但能通過譯碼器來兼容舊有的x86指令,只是運算速度比真正的32位芯片有所 下降。
FADD(Floationg Point Addition,浮點加)
FCPGA(Flip Chip Pin Grid Array,反轉(zhuǎn)芯片針腳柵格陣列)
一種芯片封裝形式,例:奔騰III 370。
FDIV(Floationg Point Divide,浮點除)
FEMMS(Fast Entry/Exit Multimedia State,快速進入/退出多媒體狀態(tài))
在多能奔騰之中,MMX和浮點單元是不能同時運行的。新的芯片加快了兩者之間的切換,這就是FEMMS。 ;
FFT(fast Fourier transform,快速熱歐姆轉(zhuǎn)換)
一種復雜的算法,可以測試CPU的浮點能力。
FID(FID:Frequency identify,頻率鑒別號碼)
奔騰III通過ID號來檢查CPU頻率的方法,能夠有效防止Remark。
FIFO(First Input First Output,先入先出隊列)
這是一種傳統(tǒng)的按序執(zhí)行方法,先進入的指令先完成并引退,跟著才執(zhí)行第二條指令。
FLOP(Floating Point Operations Per Second,浮點操作/秒)
計算CPU浮點能力的一個單位。
FMUL(Floationg Point Multiplication,浮點乘)
FPU(Float Point Unit,浮點運算單元)
FPU是專用于浮點運算的處理器,以前的FPU是一種單獨芯片,在486之后,英特爾把FPU與集成在CPU之內(nèi)。
FSUB(Floationg Point Subtraction,浮點減)
HL-PBGA(表面黏著、高耐熱、輕薄型塑膠球狀矩陣封裝)
一種芯片封裝形式。
IA(Intel Architecture,英特爾架構)
英特爾公司開發(fā)的x86芯片結(jié)構。
ID(identify,鑒別號碼)
用于判斷不同芯片的識別代碼。
IMM(Intel Mobile Module, 英特爾移動模塊)
英特爾開發(fā)用于筆記本電腦的處理器模塊,集成了CPU和其它控制設備。
Instructions Cache(指令緩存)
由于系統(tǒng)主內(nèi)存的速度較慢,當CPU讀取指令的時候,會導致CPU停下來等待內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)那闆r。指令緩存就是在主內(nèi)存與CPU之間 增加一個快速的存儲區(qū)域,即使CPU未要求到指令,主內(nèi)存也會自動把指令預先送到指令緩存,當CPU要求到指令時,可以直接從指 令緩存中讀出,無須再存取主內(nèi)存,減少了CPU的等待時間。
Instruction Coloring(指令分類)
一種制造預測執(zhí)行指令的技術,一旦預測判斷被相應的指令決定以后,處理器就會相同的指令處理同類的判斷。 ;
Instruction Issue(指令發(fā)送)
它是第一個CPU管道,用于接收內(nèi)存送到的指令,并把它發(fā)到執(zhí)行單元。
IPC(Instructions Per Clock Cycle,指令/時鐘周期)
表示在一個時鐘周期用可以完成的指令數(shù)目。
KNI(Katmai New Instructions,Katmai新指令集,即SSE)
Latency(潛伏期)
從字面上了解其含義是比較困難的,實際上,它表示完全執(zhí)行一個指令所需的時鐘周期,潛伏期越少越好。嚴格來說,潛伏期包括一個指 令從接收到發(fā)送的全過程。現(xiàn)今的大多數(shù)x86指令都需要約5個時鐘周期,但這些周期之中有部分是與其它指令交迭在一起的(并行處 理),因此CPU制造商宣傳的潛伏期要比實際的時間長。
LDT(Lightning Data Transport,閃電數(shù)據(jù)傳輸總線)
K8采用的新型數(shù)據(jù)總線,外頻在200MHz以上。
MMX(MultiMedia Extensions,多媒體擴展指令集)
英特爾開發(fā)的最早期SIMD指令集,可以增強浮點和多媒體運算的速度。
MFLOPS(Million Floationg Point/Second,每秒百萬個浮點操作)
計算CPU浮點能力的一個單位,以百萬條指令為基準。
NI(Non-Intel,非英特爾架構)
除了英特爾之外,還有許多其它生產(chǎn)兼容x86體系的廠商,由于專利權的問題,它們的產(chǎn)品和英特爾系不一樣,但仍然能運行x86指 令。
OLGA(Organic Land Grid Array,基板柵格陣列)
一種芯片封裝形式。
OoO(Out of Order,亂序執(zhí)行)
Post-RISC芯片的特性之一,能夠不按照程序提供的順序完成計算任務,是一種加快處理器運算速度的架構。 &n bsp;
PGA(Pin-Grid Array,引腳網(wǎng)格陣列)
一種芯片封裝形式,缺點是耗電量大。
Post-RISC
一種新型的處理器架構,它的內(nèi)核是RISC,而外圍是CISC,結(jié)合了兩種架構的優(yōu)點,擁有預測執(zhí)行、處理器重命名等先進特性, 如:Athlon。
PSN(Processor Serial numbers,處理器序列號)
標識處理器特性的一組號碼,包括主頻、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)編號等。
PIB(Processor In a Box,盒裝處理器)
CPU廠商正式在市面上發(fā)售的產(chǎn)品,通常要比OEM(Original Equipment Manufacturer,原始設備制造商)廠商流通到市場的散裝芯片貴,但只有PIB擁有廠商正式的保修權利。 & nbsp;
PPGA(Plastic Pin Grid Array,塑膠針狀矩陣封裝)
一種芯片封裝形式,缺點是耗電量大。
PQFP(Plastic Quad Flat Package,塑料方塊平面封裝)
一種芯片封裝形式。
RAW(Read after Write,寫后讀)
這是CPU亂序執(zhí)行造成的錯誤,即在必要條件未成立之前,已經(jīng)先寫下結(jié)論,導致最終結(jié)果出錯。
Register Contention(搶占寄存器)
當寄存器的上一個寫回任務未完成時,另一個指令征用此寄存器時出現(xiàn)的沖突。
Register Pressure(寄存器不足)
軟件算法執(zhí)行時所需的寄存器數(shù)目受到限制。對于X86處理器來說,寄存器不足已經(jīng)成為了它的最大特點,因此AMD才想在下一代芯 片K8之中,增加寄存器的數(shù)量。
Register Renaming(寄存器重命名)
把一個指令的輸出值重新定位到一個任意的內(nèi)部寄存器。在x86架構中,這類情況是常常出現(xiàn)的,如:一個fld或fxch或mov 指令需要同一個目標寄存器時,就要動用到寄存器重命名。
Remark(芯片頻率重標識)
芯片制造商為了方便自己的產(chǎn)品定級,把大部分CPU都設置為可以自由調(diào)節(jié)倍頻和外頻,它在同一批CPU中選出好的定為較高的一級 ,性能不足的定位較低的一級,這些都在工廠內(nèi)部完成,是合法的頻率定位方法。但出廠以后,經(jīng)銷商把低檔的CPU超頻后,貼上新的 標簽,當成高檔CPU賣的非法頻率定位則稱為Remark。因為生產(chǎn)商有權力改變自己的產(chǎn)品,而經(jīng)銷商這樣做就是侵犯版權,不要 以為只有軟件才有版權,硬件也有版權呢。
Resource contention(資源沖突)
當一個指令需要寄存器或管道時,它們被其它指令所用,處理器不能即時作出回應,這就是資源沖突。
Retirement(指令引退)
當處理器執(zhí)行過一條指令后,自動把它從調(diào)度進程中去掉。如果僅是指令完成,但仍留在調(diào)度進程中,亦不算是指令引退。
RISC(Reduced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機)
一種指令長度較短的計算機,其運行速度比CISC要快。
SEC(Single Edge Connector,單邊連接器)
一種處理器的模塊,如:奔騰II。
SIMD(Single Instruction Multiple Data,單指令多數(shù)據(jù)流)
能夠復制多個操作,并把它們打包在大型寄存器的一組指令集,例:3DNow!、SSE。
SiO2F(Fluorided Silicon Oxide,二氧氟化硅)
制造電子元件才需要用到的材料。
SOI(Silicon on insulator,絕緣體硅片)
SONC(System on a chip,系統(tǒng)集成芯片)
在一個處理器中集成多種功能,如:Cyrix MediaGX。
SPEC(System Performance Evaluation Corporation,系統(tǒng)性能評估測試)
測試系統(tǒng)總體性能的Benchmark。
Speculative execution(預測執(zhí)行)
一個用于執(zhí)行未明指令流的區(qū)域。當分支指令發(fā)出之后,傳統(tǒng)處理器在未收到正確的反饋信息之前,是不能做任何工作的,而具有預測執(zhí) 行能力的新型處理器,可以估計即將執(zhí)行的指令,采用預先計算的方法來加快整個處理過程。
SQRT(Square Root Calculations,平方根計算)
一種復雜的運算,可以考驗CPU的浮點能力。
SSE(Streaming SIMD Extensions,單一指令多數(shù)據(jù)流擴展)
英特爾開發(fā)的第二代SIMD指令集,有70條指令,可以增強浮點和多媒體運算的速度。
Superscalar(超標量體系結(jié)構)
在同一時鐘周期可以執(zhí)行多條指令流的處理器架構。
TCP(Tape Carrier Package,薄膜封裝)
一種芯片封裝形式,特點是發(fā)熱小。
Throughput(吞吐量)
它包括兩種含義:
第一種:執(zhí)行一條指令所需的最少時鐘周期數(shù),越少越好。執(zhí)行的速度越快,下一條指令和它搶占資源的機率也越少。 &n bsp;
第二種:在一定時間內(nèi)可以執(zhí)行的最多指令數(shù),當然是越大越好。
TLBs(Translate Look side Buffers,翻譯旁視緩沖器)
用于存儲指令和輸入/輸出數(shù)值的區(qū)域。
VALU(Vector Arithmetic Logic Unit,向量算術邏輯單元)
在處理器中用于向量運算的部分。
VLIW(Very Long Instruction Word,超長指令字)
一種非常長的指令組合,它把許多條指令連在一起,增加了運算的速度。
VPU(Vector Permutate Unit,向量排列單元)
在處理器中用于排列數(shù)據(jù)的部分。
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