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,全稱為(CentralProcessing Unit),CPU很小巧卻是整個計算機的運算核心和控制核心。用通俗的比喻來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整個計算機的運行。

　　在計算機系統中CPU是由運算器和控制器兩大部分組成的。它主要負責協調并且控制計算機各部件執行程序的指令序列,對數據進行加工。具體功能包括:指令控制、操作控制、時間控制、數據加工、中斷處理等。計算機發展到今天,CPU的性能指標已經成為一個重要的研究課題了,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)主頻其實就是CPU內核工作時的時鐘頻率。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概括CPU的性能。這是我們最關心的,我們所說的233、300等就是指的主頻。

　　(2)外頻是系統總線的工作頻率,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就可以同時接受更多來自外圍設備的數據,從而使整個系統的速度進一步提高。

　　(3)倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。

　　2　緩存容量一般來說存容量越大,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,用于暫時存儲CPU運算時的部分指令和數據,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作為高端和低端CPU產品得分界標準。

　　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。早期計算機運行時需要的電壓比較高通常為5V,隨著技術的不斷改進現在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。但會導致CPU的發熱問題,CPU發熱將改變CPU的化學介質,降低CPU的壽命。

　　4　流水線的性能指標衡量流水線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，我們先簡單談談CPU是如何生產出來的。CPU是在特別純凈的硅材料上制造的。一個CPU芯片包含上百萬個精巧的晶體管。人們在一塊指甲蓋大小的硅片上，用化學的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個意義上說，CPU正是由晶體管組合而成的。簡單而言，晶體管就是微型電子開關，它們是構建CPU的基石，你可以把一個晶體管當作一個電燈開關，它們有個操作位，分別代表兩種狀態:ON(開)和OFF(關)。這一開一關就相當于晶體管的連通與斷開，而這兩種狀態正好與二進制中的基礎狀態“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，只有簡單的“0”和“1”兩種狀態的晶體管的原理很簡單，其實它們的發展是經過科學家們多年的辛苦研究得來的。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關來處理信息。后來，科研人員把兩個晶體管放置到一個硅晶體中，這樣便創作出第一個集成電路，再后來才有了微處理器。

　　看到這里，你一定想知道，晶體管是如何利用“0”和“1”這兩種電子信號來執行指令和處理數據的呢?其實，所有電子設備都有自己的電路和開關，電子在電路中流動或斷開，完全由開關來控制，如果你將開關設置為OFF，電子將停止流動，如果你再將其設置為ON，電子又會繼續流動。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之為二進制設備。這樣，晶體管的ON狀態用“1”來表示，而OFF狀態則用“0”來表示，就可以組成最簡單的二進制數。眾多晶體管產生的多個“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。舉個例子，十進位中的1在二進位模式時也是“1”，2在二進位模式時是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此類推，這就組成了計算機工作采用的二進制語言和數據。成組的晶體管聯合起來可以存儲數值，也可以進行邏輯運算和數字運算。加上石英時鐘的控制，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。