CPU百科全書

房東：嘻哈淘氣女
發表時間：2007-05-12

一、決定CPU效能技術指標
每個買CPU的消費者，第一時間要過問的就是它的效能，對於一個
CPU來說，效能是否強大是它能否在市場上生存下去的第一要素，那麼
CPU的效能是由哪些因素決定的咧？下面就列出影響CPU效能的主要技術

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，一個時鐘週期完成的指令數是類BIOS的，所以主頻越高，CPU
的速度也就越快了。不過由於各種CPU的內部結構也不盡相同，所以並不
能完全用主頻來概括CPU的效能。至於外頻就是系統總線的工作頻率；而
倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。用公式表示就是：主頻=外頻×倍
頻。

2、記憶體總線速度或者叫系統總線速度，一般等同於CPU的外頻。記
憶體總線的速度對整個系統效能來說很重要，由於記憶體速度的發展滯後
於CPU的發展速度，為了緩解記憶體帶來的瓶頸，所以出現了二級緩衝，
來協調兩者之間的差異，而記憶體總線速度就是指CPU與二級(L2)高速緩衝
和記憶體之間的工作頻率。

3、L1高速緩衝，也就是我們經常說的一級高速緩衝。在CPU裡面內裝
了高速緩衝可以提高CPU的執行效率。內裝的L1高速緩衝的容量和結構對
CPU的效能影響較大，不過高速緩衝存儲器均由靜態RAM組成，結構較複
雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩衝的容量不可能做得
太大。採用回寫(Write Back)結構的高速緩衝。它對讀和寫操作均有可提供
緩衝。而採用寫通(Write-through)結構的高速緩衝，僅對讀操作有效。在
486以上的電腦中基本採用了回寫式高速緩衝。在目前流行的處理器中，奔
騰Ⅲ和Celeron處理器擁有32KB的L1高速緩衝，奔騰4為8KB，而AMD的
Duron和Athlon處理器的L1高速緩衝高達128KB。

4、L2高速緩衝，指CPU第二層的高速緩衝，第一個採用L2高速緩衝的
是奔騰 Pro處理器，它的L2高速緩衝和CPU執行在相同頻率下的，但成本昂
貴，市場生命很短，所以其後奔騰 II的L2高速緩衝執行在相當於CPU頻率
一半下的。接下來的Celeron處理器又使用了和CPU同速執行的L2高速緩
衝，現在流行的CPU,無論是AthlonXP和奔騰4，其L2高速緩衝都是和CPU同
速執行的。除了速度以外，L2高速緩衝容量也會影響CPU的效能，原則是
越大越好。

5、流水線技術、超標量。流水線(pipeline)是 Intel首次在486晶片中開
始使用的。流水線的工作方式就像工業生產上的裝配流水線。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，然後將一條X86指令
分成5~6步後再由這些電路單元分別執行，這樣就能實現在一個CPU時鐘週
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
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週期內CPU可以執行一條以上
的指令。這在486或者以前的CPU上是很難想像的，只有奔騰級以上CPU才
具有這種超標量結構；這是因為現代的CPU越來越多的採用了RISC技術，
所以才會有超標量的CPU。

6、協處理器或者叫數學協處理器。在486以前的CPU裡面，是沒有內裝協
處理器的。由於協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的浮點運算效能都相當落後，自從486以後，CPU一般都
內裝了協處理器，協處理器的功能也不再局限於增強浮點運算。現在CPU
的浮點單元（協處理器）往往對多媒體指令進行了最佳化。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、圖形和通信套用方面而採取的新技術。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。現在的
CPU已經普遍內裝了這些多媒體指令集，例如現在奔騰4內裝了SSE2指令
集，而AthlonXP則內裝增強型的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）由於工藝落後，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的製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已經採用1.475V的
工作電壓了。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題。這對於筆記型電
腦尤其重要。

8、亂序執行和分枝預測，亂序執行是指CPU採用了允許將多條指令不按程
序規定的順序分開傳送給各相應電路單元處理的技術。分枝是指程序執行
時需要改變的節點。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按指令順序執行，而條件分枝則必鬚根據處理結果再決定程序執
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、製造工藝，製造工藝雖然不會直接影響CPU的效能，但它可以可以極大
地影響CPU的集成度和工作頻率，製造工藝越精細，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的製造工藝是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製造工藝縮小到了0.18微米，最高頻率達到
1.13Ghz。

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