衡量CPU性能的重要指标

衡量CPU性能的重要指标（1）CPU的时钟频率称为主频率. 主频率越高，计算机工作越快. 主板的频率称为外部频率. 主频率与外部频率之间的关系为（2）内部缓存（cache），也称为L1缓存. 这种存储器由SRAM制成，并封装在CPU内，访问速度与CPU频率相同. 内部缓存容量越大，整个计算机将可以更快地工作. 常规容量为KB. 主频率= FSB×乘数（3）L2高速缓存. 高速缓存集成在CPU外部，访问速度与CPU频率或主板频率相同. 容量通常为KB〜MB. （4）MMX（多媒体扩展）指令技术. 增加了多媒体扩展指令集的CPU，多媒体信息的处理能力可以提高约60％. （5）3D指令技术. 增加具有3D扩展指令集的CPU可以大大提高三维图像的处理速度. -CPU的全英文名称是中央处理器，即中央处理器. CPU已从其原始形式发展到了发展. 由于更先进的制造技术，其集成度越来越高，内部晶体管的数量已达到数百万. 尽管从CPU的最初开发到现在，晶体管的数量已增加了数十倍，但CPU的内部结构仍可以分为三个部分: 控制单元，逻辑单元和存储单元.

CPU的性能大致反映了它所配备的微型计算机的性能，因此CPU的性能指标非常重要. CPU的主要性能指标如下: 第一，主频率，即CPU的时钟频率，即CPU的工作频率. 一般而言，一个时钟周期内完成的指令数量是固定的，因此主频率越高，CPU速度越快. 但是，由于各种CPU的内部结构不相同，因此无法使用主频率来概括CPU的性能. FSB是系统总线的工作频率，乘数是CPU FSB与主频率之差的倍数. 计算公式为: 主频率=外部频率×倍频. 我们通常说Celeron 433和PIII 550是指CPU的主频率. 其次，内存总线速度或总的系统路由速度通常等于CPU的FSB. 内存总线的速度对于整个系统的性能非常重要. 由于内存速度的发展落后于CPU的发展，为了减轻内存造成的瓶颈，二级缓存似乎可以协调两者之间的差异. 内存总线速度是指CPU与辅助（L2）高速缓存和内存之间的工作频率. 第三: 工作电压. 工作电压是指CPU正常工作所需的电压. 早期的CPU（386、486）由于技术落后，其工作电压通常为5Vcpu性能指标，而将其开发到Pentium 586时，已经是3.5V / 3.3V / 2.8V. 随着CPU制造技术和主频的增加，CPU的工作电压有逐渐下降的趋势. 英特尔最新的Coppermine已采用1.6V的工作电压.

低电压可以解决功耗过大和发热过多的问题. 这对于笔记本计算机尤其重要. 第四，协处理器或数学协处理器. 在486之前的CPU中，没有内置的协处理器. 由于协处理器的主要功能负责浮点运算，因此386、286、8088和其他微型计算机CPU的浮点运算性能相当落后. 从486开始，CPU通常具有内置的协处理器和协处理器功能. 它不再局限于增强的浮点运算. CPU的浮点单元（协处理器）通常针对多媒体指令进行了优化. 例如，英特尔的MMX技术，MMX是“多媒体扩展指令集”的缩写. MMX是Intel公司于1996年采用的一项新技术，用于增强视听，图形和通信应用中的Pentium CPU. 向CPU添加57条新的MMX指令，从而将多媒体处理能力提高了约60％. 第五: 管道技术，超标量. 流水线（pipeline）是英特尔在486芯片中的首次使用. 该装配线的工作方式类似于工业生产中的装配线. 在CPU中，一条指令处理流水线由功能不同的5〜6个电路单元组成，然后将X86指令分为5〜6个步骤，然后分别由这些电路单元执行，从而可以一次完成一条指令CPU时钟周期因此，提高了CPU的计算速度.

超级流水线是指某种类型的CPU的内部流水线超出了通常的5〜6个步骤. 例如，奔腾Pro的管线长达14个步骤. 流水线设计中的步骤（阶段）数量越多，完成一条指令的速度就越快，因此它可以以更高的工作频率适应CPU. 超标量意味着CPU可以在一个时钟周期内执行多个指令. 这在486或更早的CPU上很难想象. 只有奔腾级别以上的CPU才具有这种超标量结构. 这是因为现代CPU越来越多地采用RISC技术，因此它们将成为超标量CPU. . 第六: 乱序执行和分支预测. 无序执行意味着CPU使用一种技术，该技术允许将多个指令分别发送到每个相应的电路单元进行处理，而无需程序指定的顺序. 分支是程序运行时需要更改的节点. 分支有无条件分支和有条件分支. 无条件分支仅要求CPU按指令顺序执行，而无条件分支必须根据处理结果确定程序的方向是否改变. 因此，需要“分支预测”技术. 这是条件分支. 第七: L1缓存，这就是我们通常所说的一级缓存. CPU中的内置缓存可以提高CPU的运行效率. 内置L1缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，但是缓存由静态RAM组成，结构较为复杂，当L1缓存容量较大时，L1缓存的容量不大. CPU的管芯面积不能太大. 可能太大了.

具有回写结构的缓存. 它可以为读取和写入操作提供缓存. 具有直写结构的缓存仅对读取操作有效. 回写式缓存基本上在486以上的计算机中使用. 第八: L2缓存指CPU外部的缓存. Pentium Pro处理器L2和CPU以相同的频率运行，但是成本昂贵，因此Pentium II以CPU频率的一半运行，容量为512K. 为了降低成本，英特尔曾经生产一种不带L2的CPU，称为赛扬（Celeron）. 第九制造工艺奔腾CPU的制造工艺为0.35微米，PII和Celeron可以达到0.25微米，最新的CPU制造工艺可以达到0.18微米，并且将采用铜布线技术，这可以大大提高CPU的集成度和操作性频率. 6.多媒体指令集CPU依靠指令来计算和控制系统. 每个CPU都设计有一系列与其硬件电路配合的指令系统. 指令的强度也是CPU的重要指标. 指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一. 从当前的主流体系结构来看，指令集可以分为两部分: 复杂指令集和精简指令集. 就特定应用而言，例如Intel的MMX（多媒体扩展），SSE和SSE2（流单指令多数据）-扩展2）和AMD的3DNow都是CPU的扩展指令集，分别增强了处理能力CPU的多媒体，图形和Internet.

我们通常将CPU的扩展指令集称为“ CPU的指令集”. 1.简化指令集的使用自从计算机首次发明以来的几十年中，随着计算机功能的增强，性能的增强，内部组件的越来越多，指令集的日益复杂以及过多的冗余指令的普及，严重影响计算机的效率. 后来，经过研究，发现在计算机中，80％的程序仅使用指令集的20％. 基于这一发现，提出了RISC简化指令集. 这是计算机系统体系结构的一次深刻革命. RISC体系结构的基本思想是要掌握CISC指令系统的缺点，即指令类型太多，非标准指令格式和寻址方法太多. 通过减少指令类型，标准化指令格式和简化寻址方法，内部处理器很方便. 并行处理提高了VLSI器件的使用效率，从而大大提高了处理器性能. RISC指令集具有许多特征，其中最重要的特征是: 几种类型的指令和标准指令格式. RISC指令集通常仅使用一种或几种格式. 该指令具有单个长度（通常为4个字节），并且在字边界上对齐. 字段位置，尤其是操作码的位置是固定的. 寻址模式得以简化. 几乎所有指令都使用寄存器寻址模式. 通常，寻址模式的总数不超过5. 其他更复杂的寻址方法，例如间接寻址，是通过软件使用简单的寻址方法合成的. 广泛使用寄存器之间的操作. RISC指令集中的大多数操作是寄存器到寄存器的操作，并且仅使用简单的Load和Store操作来访问内存.

因此，在每条指令中访问的存储器地址将不超过一个，并且存储器访问操作将不会与算术操作混合. 简化处理器结构，使用RISC指令集，可以大大简化处理器控制器和其他功能单元的设计，不需要使用大量的特殊寄存器，特别是允许硬件电路实现指令操作，并且不需要像CISC处理器微程序一样用于实现指令操作. 因此，RISC处理器不需要像CISC处理器那样设置微程序控制存储器，并且可以快速直接地执行指令. 易于使用的VLSI技术. 随着LSI和VLSI技术的发展，整个处理器（甚至多个处理器）可以放在一个芯片上. RISC体系结构可以为单芯片处理器的设计带来很多好处，这有助于提高性能并简化VLSI芯片的设计和实现. 基于VLSI技术，制造RISC处理器比CISC处理器具有更少的工作量和更低的成本. 增强的处理器并行性cpu性能指标，RISC指令集可以非常有效地适合使用流水线，超流水线和超标量技术，从而实现指令级并行操作并提高处理器性能. 目前，处理器常用的内部并行操作技术基本上是基于RISC体系结构的发展和成熟. 由于RISC系统的优势，它已广泛用于高端系统，而CISC系统在台式机系统中占据主导地位.

现在，在台式机领域，RISC也在不断渗透. 可以预见，RISC将在未来统治世界. 2.对于CPU的扩展指令集，就基本功能而言，它们并没有太大差异，并且基本指令集相似. 但是，许多制造商已经开发了扩展指令集，以改善性能的某些方面. 扩展的指令集定义了新的数据和指令，可以极大地改善数据处理能力的某些方面，但是必须得到软件的支持. MMX指令集MMX（多媒体扩展）指令集是Intel公司于1996年推出的一种多媒体指令增强技术. MMX指令集包括57条多媒体指令. 通过这些指令，可以一次处理多个数据. 当处理结果超出实际处理能力时，也可以执行正常处理. 这样，在软件的配合下，可以获得更高的性能. MMX的好处在于，现有操作系统无需更改即可轻松执行MMX程序. 但是，问题更加明显，即不能同时执行MMX指令集和x87浮点算术指令，必须进行密集的交织才能正常执行. 这种情况将不可避免地导致整个系统的运行质量下降. SSE指令集SSE（流SIMD扩展，单指令多数据流扩展）指令集是Intel在奔腾III处理器中首次引入的.

事实上，早在PIII正式发布之前，英特尔就已经通过各种渠道宣布了所谓的KNI（Katmai新指令）指令集. 该指令集是SSE指令集的前身，曾经被许多媒体称为. 它是MMX指令集的下一个版本，即MMX2指令集. 为了调查其背景，原始的“ KNI”指令集是英特尔公司为其下一代芯片命名的指令集的名称. 所谓的“ MMX2”完全是硬件评论家和媒体根据他们的感受和印象对“ KNI”的评估. 英特尔从未正式发布有关MMX2的消息. 最终的SSE指令集是所谓的“ Internet SSE”指令集. SSE指令集包括70条指令，其中包括50条提高3D图形操作效率的SIMD（单指令多数据技术）浮点算术指令，12条MMX整数算术增强指令以及8条内存中的优化的连续数据块传输指令. 从理论上讲，这些指令可以完全增强流行的多媒体应用程序，例如图像处理，浮点运算，3D操作，视频处理和音频处理. SSE指令和3DNow指令彼此不兼容，但是SSE包含3DNow技术的大多数功能，但是实现方法不同. SSE与MMX指令兼容. 通过SIMD和单个时钟周期并行处理多个浮点数据，可以有效提高浮点运算的速度.

后来，为了处理AMD的3Dnow指令集，英特尔在SSE的基础上开发了SSE2. 添加了一些说明，极大地提高了其P4处理器的性能. 在P4设计结束之前，英特尔已经添加了一组SSE2指令，其中包括144条新指令. 像最早的SIMD扩展指令集一样，SSE2涉及在多个数据目标上立即执行一条指令（即SIMD，用于低计算工业控制的最佳方法是允许每条指令执行更多的工作）. 最重要的是SSE2可以处理128位和双精度浮点数学运算. 处理更精确的浮点数的能力使SSE2成为加速多媒体程序，3D处理项目和工作站型任务的基本配置. 但是重要的是该软件是否可以正确优化其使用. 3D Now（3D无需等待）指令集3DNow是AMD开发的SIMD指令集，可以提高浮点数和多媒体操作的速度，并被AMD在其K6-2，K6-3和Athlon（K7）中广泛使用. ）在处理器上. 3DNow指令集技术实际上是21个机器代码的扩展指令集. 与英特尔专注于整数运算的MMX技术不同，3DNow指令集主要用于3D应用程序，例如3D建模，坐标转换和效果渲染. 借助软件的协作，可以大大提高3D处理性能.

后来，增强型3DNow在Athlon上开发. 这些AMD标准SIMD指令具有与英特尔SSE相同的性能. 由于英特尔的商业成功和奔腾III的成功的影响，对SSE的软件支持比3DNow更为普遍. 经过增强的3DNow，AMD继续增加到52条指令，其中包括一些SSE代码，因此可以在针对SSE优化的软件中获得更好的性能.

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