cpu性能指标是什么

2017-03-10

CPU简述

CPU的英文全称是Central Processing Unit，即中央处理器。CPU从雏形出现到发展壮大的今天，由于制造技术的越来越先进，其集成度越来越高，内部的晶体管数达到几百万个。虽然从最初的CPU发展到现在其晶体管数增加了几十倍，但是CPU的内部结构仍然可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。CPU的性能大致上反映出了它所配置的那部微机的性能，因此CPU的性能指标十分重要。 CPU性能主要取决于其主频和工作效率。

CPU性能主频

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。我们通常说的赛扬433、PIII 550都是指CPU的主频而言的。

CPU性能总线速度

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。

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，发展到奔腾586时，已经是3.5V/3.3V/2.8V了，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Coppermine已经采用1.6V的工作电压了。低电压能让可移动便携式笔记本，平板的电池续航时间提升，第二低电压能使CPU工作时的温度降低，温度低才能让CPU工作在一个非常稳定的状态，第三，低电压能使CPU在超频技术方面得到更大的发展。

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Pentium 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。

流水技术

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像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Pentium pro的流水线就长达14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Pentium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，所以才会超标量的CPU。

超线程

可以同时执行多重线程，就能够让CPU发挥更大效率，那就是超线程(Hyper-Threading)技术，超线程技术减少了系统资源的浪费，可以把一颗CPU模拟成两颗CPU使用，在同时间内更有效地利用资源来提高性能。

制程技术

制程越小发热量越小，这样就可以集成更多的晶体管，CPU效率也就更高。

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。

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。

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。

L2高速缓存，指CPU外部的高速缓存。

高速缓存是内置于CPU用来缓冲待处理的数据。缓存越大，可缓存的数据越多。但是L2Cache(L2高速缓存)并不是越大越好，超过某一额定效率提高并不明显。L2Cache越大，发热相对增加造成数据堆叠在L2Cache上。

Pentium Pro处理器的L2和CPU运行在相同频率下的，但成本昂贵，所以Pentium II运行在相当于CPU频率一半下的，容量为512K。为降低成本Intel公司曾生产了一种不带L2的CPU名为赛扬。

制造工艺。

Pentium CPU的制造工艺是0.35微米， PII和赛扬可以达到0.25微米，最新的CPU制造工艺可以达到0.18微米，并且将采用铜配线技术，可以极大地提高CPU的集成度和工作频率，现在很多笔记本的CPU已经采用了65nm的生产工艺了，在不久的将来，45nm,32nm,甚至更小尺寸的CPU规格将诞生出来。

3阶缓存

L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存内置的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。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32-256KB。

L2 Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，以前家庭用CPU容量最大的是512KB，现在笔记本电脑中也可以达到2M，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高，可以达到8M以上。

L3 Cache(三级缓存)，分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。