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第三节 CPU 的相关指标

在深入了解了C PU 的架构和生产过程后，接下来我们看看C PU 的工作原理和相关指标。

CPU 的工作原理简单地说就像是一个工厂对产品的加工过程:进入工厂的原料(指令)，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)，生产出成品(处理后的数据)后，再 存储在仓库(存储器)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。了解了这样一种工作原理，性能指标对C PU 的影响自然也就显而易见了。

一、主频、倍频和外频

我们经常说“这款C PU 的频率是多少多少”，其实这个泛指的频率是指C PU 的主频，主频也就是CPU 的时钟频率，英文全称叫做C P U C l o c k S p e ed，简单地说也就是CPU 运算时的工作频率。一 般说来，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，当然C PU 的速度也就越快了。由于各 种C PU 的内部结构不尽相同，所以并非时钟频率相同性能就一样。外频是系统总线的工作频率。倍 频则是指C PU 外频与主频相差的倍数。三者有十分密切的关系:主频=外频×倍频。

二、内存总线速度

内存总线速度的英文全称是M e m o r y -B u s S p e ed 。CPU 处理的数据都是由主存储器提供的，而主 存储器也就是我们平常所说的内存了。一般我们放在外存(磁盘或者各种存储介质)上面的资料都要通过内存，然后再进入C PU 进行处理，所以与内存之间的通道，也就是内存总线的速度对整个系统的 性能就显得尤为重要。由于内存和CPU 之间的运行速度或多或少会有差异，因此便出现了二级缓存， 来协调两者之间的差异。内存总线速度是指C PU 二级(L 2)高速缓存和内存之间的通信速度。

三、扩展总线速度

扩展总线速度的英文全称是E x p a n s i o n -B u s S p e ed 。扩展总线指的是微机系统的局部总线，如 VESA 或PCI 总线。平时用户打开电脑机箱时，总可以看见一些插槽般的东西，这些东西又叫做扩展槽，上面可以插显卡、声卡之类的功能模块，而扩展总线就是C PU 用以联系这些设备的桥梁。

四、工作电压

工作电压的英文全称是Supply Voltage，即CPU 正常工作所需的电压。早期CPU(286 ～486 时代)的工作电压一般为5V，那是因为当时的制造工艺相对落后，以至于C PU 的发热量太大，弄得寿命减短。

随着C PU 的制造工艺与主频的提高，近年来各种C PU 的工作电压呈逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。

五、地址总线宽度

应当说地址总线宽度决定了C PU 可以访问的物理地址空间，换句话说就是C PU 到底能够使用多大容量的内存。16 位的微机我们就不用说了，但是对于3 86 以上的微机系统，地址线的宽度为32 位，最多可以直接访问4 0 9 6 M B (4 G B)的物理空间。

六、数据总线宽度

数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU 与二级高速缓存、内存 以及

输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

七、数学协处理器　

4 86 以前的CPU 没有内置数学协处理器，由于数学协处理器的主要功能就是负责浮点运算，因此386 、2 86 和8088 等C PU 的浮点运算性能都相当落后，相信接触过3 86 的朋友都知道主板上可以另外 加一个外置数学协处理器，其目的就是为了增强浮点运算的能力。4 86 以后的C PU 一般都内置了数学 协处理器，功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置数学协处理器的C PU，可以加快特定类型的 数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统，如高版本的A u t o C AD 就需要数学协处理器支持。

八、超标量

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P e n t i um 级以上C PU 才具有这种超标量结构。4 86 以下的C PU 属于低标量结构，即在这 类C PU 内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。

九、L1 高速缓存

L1 高速缓存也就是大家经常说到的一级高速缓存。C PU 内置高速缓存可以提高运行效率，这也是 486DX 比386DX-40 快的原因。内置的L1 高速缓存的容量和结构对C PU 的性能影响较大，容量越大，性 能也相对会提高不少，这也正是一些公司力争加大L1 高速缓存容量的原因。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。

十、采用回写(Write Back)结构的高速缓存

采用回写结构的高速缓存对读和写操作均有效，速度较快　。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存，仅对读操作有效。

十一、动态处理

动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，创造性地把3 项专为提高处理器对数据的操作效 率而设计的技术融合在一起。这3 项技术是多路分支预测、数据流量分析和猜测执行。动态处理并 不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。

1.多路分支预测

即通过几个分支对程序流向进行预测，采用多路分支预测算法后，处理器便可参与指令流向的跳转。它预测下一条指令在内存中位置的精确度可以达到惊人的9 0%以上。这是因为处理器在读取 指令时，还会在程序中寻找未来要执行的指令。这个技术可加速向处理器传送任务。

2.数据流量分析

抛开原程序的顺序，分析并重排指令，优化执行顺序。处理器读取经过解码的软件指令，判 断该指令能否处理或是否需与其他指令一道处理。然后，处理器再决定如何优化执行顺序以便高效 地处理和执行指令。

3.猜测执行

通过提前判读并执行有可能需要的程序指令的方式提高执行速度。当处理器执行指令时(每次5 条)，采用的是“猜测执行”的方法。这样可使P e n t i u m Ⅱ处理器超级处理能力得到充分的发挥， 从而提升软件性能。