计算机cpu性能指标与作用

本内容介绍了计算机cpu的内部结构、CPU的工作原理和性能指标，全面的介绍了计算机CPU。　

计算机CPU的性能指标

　　从CPU的构造功能方面论述CPU性能指标对于计算机运行的重要作用,从而刍议了CPU的性能指标。CPU是计算机的三大核心部件之一,全称为(CentralProcessing Unit),CPU很小巧却是整个计算机的运算核心和控制核心。用通俗的比喻来解释就是相当于人的大脑。它的主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。对于一台计算机而言CPU性能的好坏直接决定着整个计算机的运行。

　　在计算机系统中CPU是由运算器和控制器两大部分组成的。它主要负责协调并且控制计算机各部件执行程序的指令序列,对数据进行加工。具体功能包括:指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、中断处理等。计算机发展到今天,CPU的性能指标已经成为一个重要的研究课题了,所以对于计算机CPU性能指标的探析是非常重要的。

　　1　频率所谓CPU的频率就是指它的工作频率。

　　(1)主频其实就是CPU内核工作时的时钟频率。CPU的主频所表示的是CPU内数字脉冲信号震荡的速度。所以并不能直接说明主频的速度是计算机CPU的运行速度的直接反映形式,我们并不能完全用主频来概括CPU的性能。这是我们最关心的,我们所说的233、300等就是指的主频。

　　(2)外频是系统总线的工作频率,即CPU的基准频率,是CPU与主板之间同步运行的速度。外频速度越高,CPU就可以同时接受更多来自外围设备的数据,从而使整个系统的速度进一步提高。

　　(3)倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。

　　2　缓存容量一般来说存容量越大,性能也就越高,CPU的缓存一般分为内部缓存(L1 Cache)和外部缓存(L2 Cache)。封闭在CPU芯片内部的高速缓存,用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据,存取速度与CPU主频一致,L1缓存的容量单位一般为KB。外部缓存(L2 Cache):CPU外部的高速缓存,Pentium Pro处理器的L2和CPU运行在相同频率下的,但成本昂贵,所以Pentium II运行在相当于CPU频率一半下的,容量为512K。

　　内部缓存越大,CPU工作时与存取速度较慢的外部缓存和内部缓存间交换数据的次数越少,相对电脑的运算速度可以提高。L1高速缓存与CPU同步运行,其缓存容量大小对CPU的性能影响较大。L2高速缓存也称为二级高速缓存( L2Cache)的容量和频率对CPU的性能影响也较大,其作用就是协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多得一部分,由于L2高速缓存得成本很高,因此L2高速缓存得容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品得分界标准。

　　3　工作电压因素工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期计算机运行时需要的电压比较高通常为5V,随着技术的不断改进现在CPU正常运行所需要的电压比较低了。CPU的正常工作电压是一个比较宽的范围,一般最低可以达到1.1V,在低电压下依然可以稳定的工作。提高工作电压,可以加强CPU内部信号,增加CPU的稳定性能。但会导致CPU的发热问题,CPU发热将改变CPU的化学介质,降低CPU的寿命。

　　4　流水线的性能指标衡量流水线性能的主要指标有吞吐率、加速比和效率。

　　CPU的原始工作模式

　　在了解CPU工作原理之前，我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的。CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应!这样，计算机就具备了处理信息的能力。

　　但你不要以为，只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单，其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的。在晶体管之前，计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来，科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中，这样便创作出第一个集成电路，再后来才有了微处理器。

　　看到这里，你一定想知道，晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢?其实，所有电子设备都有自己的电路和开关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置为OFF，电子将停止流动，如果你再将其设置为ON，电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。这样，晶体管的ON状态用“1”来表示，而OFF状态则用“0”来表示，就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况，将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子，十进位中的1在二进位模式时也是“1”，2在二进位模式时是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此类推，这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值，也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制，晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。