計算機cpu性能指標與作用

本內容介紹了計算機cpu的內部結構、CPU的工作原理和性能指標，全面的介紹了計算機CPU。　

計算機CPU的性能指標

　　從CPU的構造功能方面論述CPU性能指標對于計算機運行的重要作用,從而芻議了CPU的性能指標。CPU是計算機的三大核心部件之一,全稱(chēng)為(CentralProcessing Unit),CPU很小巧卻是整個(gè)計算機的運算核心和控制核心。用通俗的比喻來(lái)解釋就是相當于人的大腦。它的主要功能是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。對于一臺計算機而言CPU性能的好壞直接決定著(zhù)整個(gè)計算機的運行。

　　在計算機系統中CPU是由運算器和控制器兩大部分組成的。它主要負責協(xié)調并且控制計算機各部件執行程序的指令序列,對數據進(jìn)行加工。具體功能包括:指令控制、操作控制、時(shí)間控制、數據加工、中斷處理等。計算機發(fā)展到今天,CPU的性能指標已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題了,所以對于計算機CPU性能指標的探析是非常重要的。

　　1　頻率所謂CPU的頻率就是指它的工作頻率。

　　(1)主頻其實(shí)就是CPU內核工作時(shí)的時(shí)鐘頻率。CPU的主頻所表示的是CPU內數字脈沖信號震蕩的速度。所以并不能直接說(shuō)明主頻的速度是計算機CPU的運行速度的直接反映形式,我們并不能完全用主頻來(lái)概括CPU的性能。這是我們最關(guān)心的,我們所說(shuō)的233、300等就是指的主頻。

　　(2)外頻是系統總線(xiàn)的工作頻率,即CPU的基準頻率,是CPU與主板之間同步運行的速度。外頻速度越高,CPU就可以同時(shí)接受更多來(lái)自外圍設備的數據,從而使整個(gè)系統的速度進(jìn)一步提高。

　　(3)倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。

　　2　緩存容量一般來(lái)說(shuō)存容量越大,性能也就越高,CPU的緩存一般分為內部緩存(L1 Cache)和外部緩存(L2 Cache)。封閉在CPU芯片內部的高速緩存,用于暫時(shí)存儲CPU運算時(shí)的部分指令和數據,存取速度與CPU主頻一致,L1緩存的容量單位一般為KB。外部緩存(L2 Cache):CPU外部的高速緩存,Pentium Pro處理器的L2和CPU運行在相同頻率下的,但成本昂貴,所以Pentium II運行在相當于CPU頻率一半下的,容量為512K。

　　內部緩存越大,CPU工作時(shí)與存取速度較慢的外部緩存和內部緩存間交換數據的次數越少,相對電腦的運算速度可以提高。L1高速緩存與CPU同步運行,其緩存容量大小對CPU的性能影響較大。L2高速緩存也稱(chēng)為二級高速緩存( L2Cache)的容量和頻率對CPU的性能影響也較大,其作用就是協(xié)調CPU的運行速度與內存存取速度之間的差異。L2高速緩存是CPU晶體管總數中占得最多得一部分,由于L2高速緩存得成本很高,因此L2高速緩存得容量大小一般用來(lái)作為高端和低端CPU產(chǎn)品得分界標準。

　　3　工作電壓因素工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。早期計算機運行時(shí)需要的電壓比較高通常為5V,隨著(zhù)技術(shù)的不斷改進(jìn)現在CPU正常運行所需要的電壓比較低了。CPU的正常工作電壓是一個(gè)比較寬的范圍,一般最低可以達到1.1V,在低電壓下依然可以穩定的工作。提高工作電壓,可以加強CPU內部信號,增加CPU的穩定性能。但會(huì )導致CPU的發(fā)熱問(wèn)題,CPU發(fā)熱將改變CPU的化學(xué)介質(zhì),降低CPU的壽命。

　　4　流水線(xiàn)的性能指標衡量流水線(xiàn)性能的主要指標有吞吐率、加速比和效率。

　　CPU的原始工作模式

　　在了解CPU工作原理之前，我們先簡(jiǎn)單談?wù)凜PU是如何生產(chǎn)出來(lái)的。CPU是在特別純凈的硅材料上制造的。一個(gè)CPU芯片包含上百萬(wàn)個(gè)精巧的晶體管。人們在一塊指甲蓋大小的硅片上，用化學(xué)的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個(gè)意義上說(shuō)，CPU正是由晶體管組合而成的。簡(jiǎn)單而言，晶體管就是微型電子開(kāi)關(guān)，它們是構建CPU的基石，你可以把一個(gè)晶體管當作一個(gè)電燈開(kāi)關(guān)，它們有個(gè)操作位，分別代表兩種狀態(tài):ON(開(kāi))和OFF(關(guān))。這一開(kāi)一關(guān)就相當于晶體管的連通與斷開(kāi)，而這兩種狀態(tài)正好與二進(jìn)制中的基礎狀態(tài)“0”和“1”對應!這樣，計算機就具備了處理信息的能力。

　　但你不要以為，只有簡(jiǎn)單的“0”和“1”兩種狀態(tài)的晶體管的原理很簡(jiǎn)單，其實(shí)它們的發(fā)展是經(jīng)過(guò)科學(xué)家們多年的辛苦研究得來(lái)的。在晶體管之前，計算機依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機械開(kāi)關(guān)來(lái)處理信息。后來(lái)，科研人員把兩個(gè)晶體管放置到一個(gè)硅晶體中，這樣便創(chuàng )作出第一個(gè)集成電路，再后來(lái)才有了微處理器。

　　看到這里，你一定想知道，晶體管是如何利用“0”和“1”這兩種電子信號來(lái)執行指令和處理數據的呢?其實(shí)，所有電子設備都有自己的電路和開(kāi)關(guān)，電子在電路中流動(dòng)或斷開(kāi)，完全由開(kāi)關(guān)來(lái)控制，如果你將開(kāi)關(guān)設置為OFF，電子將停止流動(dòng)，如果你再將其設置為ON，電子又會(huì )繼續流動(dòng)。晶體管的這種ON與OFF的切換只由電子信號控制，我們可以將晶體管稱(chēng)之為二進(jìn)制設備。這樣，晶體管的ON狀態(tài)用“1”來(lái)表示，而OFF狀態(tài)則用“0”來(lái)表示，就可以組成最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數。眾多晶體管產(chǎn)生的多個(gè)“1”與“0”的特殊次序和模式能代表不同的情況，將其定義為字母、數字、顏色和圖形。舉個(gè)例子，十進(jìn)位中的1在二進(jìn)位模式時(shí)也是“1”，2在二進(jìn)位模式時(shí)是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此類(lèi)推，這就組成了計算機工作采用的二進(jìn)制語(yǔ)言和數據。成組的晶體管聯(lián)合起來(lái)可以存儲數值，也可以進(jìn)行邏輯運算和數字運算。加上石英時(shí)鐘的控制，晶體管組就像一部復雜的機器那樣同步地執行它們的功能。