CPU的各種知識(shí)

1、CPU的位和字長

位：在數(shù)字電路和電腦技術(shù)中采用二進(jìn)制，代碼只有“0”和“1”，其中無論是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。字長：電腦技術(shù)中對(duì)CPU在單位時(shí)間內(nèi)(同一時(shí)間)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長。所以能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時(shí)間內(nèi)處理字長為32位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

字節(jié)和字長的區(qū)別：由于常用的英文字符用8位二進(jìn)制就可以表示，所以通常就將8位稱為一個(gè)字節(jié)。字長的長度是不固定的，對(duì)于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個(gè)字節(jié)，而32位的CPU一次就能處理4個(gè)字節(jié)，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個(gè)字節(jié)。

2、CPU擴(kuò)展指令集

CPU依靠指令來計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜指令集和精簡指令集兩部分，而從具體運(yùn)用看，如Intel的MMX(Multi MediaExtended)、SSE、SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions2)、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的擴(kuò)展指令集，分別增強(qiáng)了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。

我們通常會(huì)把CPU的擴(kuò)展指令集稱為"CPU的指令集。SSE3指令集也是目前規(guī)模最小的指令集，此前MMX包含有57條命令，SSE包含有50條命令，SSE2包含有144條命令，SSE3包含有13條命令。

3、主頻

主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的運(yùn)算速度。CPU的主頻=外頻*倍頻系數(shù)。很多人認(rèn)為主頻就決定著CPU的運(yùn)行速度，這不僅是個(gè)片面的，而且對(duì)于服務(wù)器來講，這個(gè)認(rèn)識(shí)也出現(xiàn)了偏差。至今，沒有一條確定的公式能夠?qū)崿F(xiàn)主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度兩者之間的數(shù)值關(guān)系，即使是兩大處理器廠家Intel和AMD，在這點(diǎn)上也存在著很大的爭議。CPU的主頻與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力是沒有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。CPU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標(biāo)。

當(dāng)然，主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度是有關(guān)的，只能說主頻僅僅是CPU性能表現(xiàn)的一個(gè)方面，而不代表CPU的整體性能。

4、外頻外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位也是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運(yùn)行速度。說自了，在臺(tái)式機(jī)中，我們所說的超頻，都是超CPU的外頻(當(dāng)然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的)相信這點(diǎn)是很好理解的。但對(duì)干服務(wù)器CPU來講，超頻是絕對(duì)不允許的。前面說到CPU決定著主板的運(yùn)行速度，兩者是同步運(yùn)行的，如果把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會(huì)產(chǎn)生異步運(yùn)行，(臺(tái)式機(jī)很多主板都支持異步運(yùn)行)這樣會(huì)造成整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。目前的絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻也是內(nèi)存與主板之間的同步運(yùn)行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內(nèi)存相連通，實(shí)現(xiàn)兩者間的同步運(yùn)行狀態(tài)。外頻與前端總線(FSB)頻率很容易被混為一談下面的前端總線介紹我們談?wù)剝烧叩膮^(qū)別。

5、倍頻系數(shù)

倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對(duì)比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實(shí)際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因?yàn)镃PU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會(huì)出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應(yīng)-CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運(yùn)算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，而AMD之前都沒有鎖。

6、緩存

緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對(duì)CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運(yùn)行頻率極高，一般是和處理器同頻運(yùn)作，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實(shí)際工作時(shí)，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由干CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。

7、制造工藝

制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設(shè)計(jì)，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高，功能更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。現(xiàn)在主要的180nm、130nm，90nm。最近官方已經(jīng)表示有65nm的制造工藝了。

8、CPU內(nèi)核和/O工作電壓從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和/O電壓兩種，通常CPU的核心電壓小于等于1/0電壓。其中內(nèi)核電壓的大小是根據(jù)CPU的生產(chǎn)工藝而定，一般制作工藝越小，內(nèi)核工作電壓越低;1/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題。

9、前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度。有一條公式可以計(jì)算，即數(shù)據(jù)帶寬=(總線頻率*數(shù)據(jù)帶寬)/8，數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率。比方，現(xiàn)在的支持64位的至強(qiáng)Nocona，前端總線是800MHz，按照公式，它的數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬是6.4GB/秒。外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一千萬次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHzx64bit÷8Byte/bit=800MB/s。其實(shí)現(xiàn)在“HyperTransport”構(gòu)架的出現(xiàn)，讓這種實(shí)際意義上的前端總線(FSB)頻率發(fā)生了變化。之前我們知道IA-32架構(gòu)必須有三大重要的構(gòu)件：內(nèi)存控制器Hub(MCH)1/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片組Intel 7501、Intel7505芯片組，為雙至強(qiáng)處理器量身定做的，它們所包含的MCH為CPU提供了頻率為533MHz的前端總線，配合DDR內(nèi)存，前端總線帶寬可達(dá)到4.3GB/秒。但隨著處理器性能不斷提高同時(shí)給系統(tǒng)架構(gòu)帶來了很多問題。而“HyperTransport”構(gòu)架不但解決了問題，而且更有效地提高了總線帶寬，比方AMDOpteron處理器，靈活的HvperTransport1/O總線體系結(jié)構(gòu)讓它整合了內(nèi)存控制器，使處理器不通過系統(tǒng)總線傳給芯片組而直接和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。這樣的話，前端總線(FSB)頻率在AMDOpteron處理器就不知道從何談起了。中央處理器(英文Central Processing Unit，CPU)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。CPU、內(nèi)部存儲(chǔ)器和敲入/輸出設(shè)備是電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。其功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令還有處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。

差不多所有的CPU的運(yùn)作原理可分為四個(gè)階段：提取(Fetch)，解碼(Decode)、執(zhí)行(Execute)和(Writeback)。CPU根據(jù)存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器，并對(duì)指令譯碼，并執(zhí)行指令。所謂的計(jì)算機(jī)的可編程性主要是指對(duì)CPU的編程。

CPU 的工作原理CPU根據(jù)存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器，并對(duì)指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，我們接著看發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，根據(jù)而完成一條指令的執(zhí)行。指令是計(jì)算機(jī)規(guī)定執(zhí)行操作的類型和操作數(shù)的基本命令。指令是由一個(gè)字節(jié)或者多個(gè)字節(jié)組成，其中包括操作碼字段，一個(gè)或多個(gè)有關(guān)操作數(shù)地址的字段還有多數(shù)表征機(jī)器狀態(tài)的狀態(tài)字和特征碼。有的指令中也直接包含操作數(shù)本身。1. 提取第一階段，提取，根據(jù)存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中檢索指令(為數(shù)值或一系列數(shù)值)。由程序計(jì)數(shù)器(Proqram Counter)指定存儲(chǔ)器的位置，程序計(jì)數(shù)器保存供識(shí)別目前程序位置的數(shù)值。換言之，程序計(jì)數(shù)器記錄了CPU在目前程序里的蹤跡。提取指令之后，程序計(jì)數(shù)器根據(jù)指令長度增加存儲(chǔ)器單元。指令的提取必須常常根據(jù)比較較慢的存儲(chǔ)器尋找，所以導(dǎo)致CPU等候指令的送入。這種疑問主要被論及在現(xiàn)代處理器的快取和管線化架構(gòu)。2. 解碼CPU根據(jù)存儲(chǔ)器提取到的指令來決定其執(zhí)行行為。在解碼階段，指令被拆解為有意義的片段。根據(jù)CPU的指令集架構(gòu)(ISA)定義用數(shù)值解譯為指令。一部分的指令數(shù)值為運(yùn)算碼(Opcode)，其指示要進(jìn)行哪些運(yùn)算。別的的數(shù)值一般供給指令需要的信息，諸如一個(gè)加法(Addition)運(yùn)算的運(yùn)算目標(biāo)。我們接著看的運(yùn)算目標(biāo)也許提供一個(gè)常數(shù)值(即立即值)，或是一個(gè)空間的定址值：暫存器或存儲(chǔ)器位址，以定址模式?jīng)Q定。在舊的設(shè)計(jì)中，CPU里的指令解碼部分是不能夠改變的硬件設(shè)備。但是在眾多抽象且復(fù)雜的CPU和指令集架構(gòu)中，一個(gè)微程序時(shí)經(jīng)常使用來幫助轉(zhuǎn)換指令為各種形態(tài)的訊號(hào)。這些微程序在已成品的CPU中往往能夠重寫，方便變更解碼指令。3. 執(zhí)行在提取和解碼階段之后，接著進(jìn)入執(zhí)行階段。該階段中，連接到各種能夠進(jìn)行所需運(yùn)算的CPU部件。4. 寫回最后階段，寫回，以必須格式用執(zhí)行階段的結(jié)果簡單的寫回。運(yùn)算結(jié)果經(jīng)常被寫進(jìn)CPU內(nèi)部的暫存器以供隨后指令快速存取。在別的案例中，運(yùn)算結(jié)果可能寫進(jìn)速度較慢，但空間較大且較便宜的主記憶體中。某些類型的指令會(huì)操作程序計(jì)數(shù)器，而不直接產(chǎn)生結(jié)果。這些那么稱作“跳轉(zhuǎn)”(Jumps)，并在程式中帶著循環(huán)行為、條件性執(zhí)行(透過條件跳轉(zhuǎn))和函式。

很多指令也會(huì)改變標(biāo)志暫存器的狀態(tài)位元。這些標(biāo)志可用來影響程式行為，因?yàn)樗鼈儠r(shí)常顯出各種運(yùn)算結(jié)果。

CPU主頻主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz)，用來表示CPU的運(yùn)算，處理數(shù)據(jù)的速度。

CPU的主頻=外頻*倍頻系數(shù)。主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度存在必須的關(guān)系，但并不可能一個(gè)簡單的線性關(guān)系，所以，CPU的主頻與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力是沒有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。CPU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線、總線等等各方面的能力指標(biāo)。

CPU外頻

外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運(yùn)行速度。通俗地說，在臺(tái)式計(jì)機(jī)中，所說的超頻，都是超CPU的外頻(當(dāng)然那么情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的)相信這點(diǎn)是非常非常好理解的。但對(duì)于服務(wù)器CPU來講，超頻是非常不允許的。前面說到CPU決定著主板的運(yùn)行速度，兩者是同步運(yùn)行的，可能把服務(wù)器CPU超頻了，改變了外頻，會(huì)產(chǎn)生異步運(yùn)行，(臺(tái)式計(jì)算機(jī)好多主板都支持異步運(yùn)行)我們接著看會(huì)造成整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

目前的絕大面積計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中外頻與主板前端總線不可能同步速度的，而外頻與前端總線(FSB)頻率又很簡單被混為一談。

如何識(shí)別原裝的CPU對(duì)盒裝產(chǎn)品而言，網(wǎng)民能夠參照如下做法鑒別：1. 根據(jù)CPU外包裝的開的小窗往里看，原裝產(chǎn)品CPU表面會(huì)有編號(hào)，根據(jù)小窗往里看是能夠觀察編號(hào)的，原裝CPU的編號(hào)清晰，而且與外包裝盒上貼的編號(hào)一致，好多翻包CPU會(huì)把CPU上的編號(hào)磨掉，這一點(diǎn)注意鑒別。2. 跟隨科技發(fā)展，造假技術(shù)越來越高，可能不能夠夠肯定所買CPU是不可能原裝，能夠按照包裝上的說明用Intel或AMD廠商提供的方式查詢所買CPU的真?zhèn)巍?/p>

3. 除了編號(hào)之外，偽劣CPU的能力與原裝CPU的能力有必須的差距，這一點(diǎn)也能夠用來鑒別真假(這是最直接的做法，但最保險(xiǎn)的做法或者上述的第二條)。

本文來源： Hipeson并行計(jì)算解決專家