一、簡介
CPU通常由一個邏輯計算單元、一個控制單元和一個存儲單元組成。邏輯運算和控制單元包括一些寄存器,用于在CPU處理期間臨時存儲數據。當你在市場上購買CPU時,你看到的CPU規格通常是(主頻/前端總線/二級緩存)的格式。例如,Intel P6670是(2.16GHz\800MHz\2MB)。
ⅡCPU主要規格
CPU規格包括主頻、乘法器、外頻、總線頻率、二級緩存、工作電壓、接口和制造工藝等。
您需要關注的主要CPU規格如下。
1.主要頻率
主頻率是CPU的時鐘頻率,簡單地說就是CPU的工作頻率。例如,我們經常說P4(Pentium IV)1.8GHz,這個1.8GHz(1800MHz)是CPU的主要頻率。一般來說,一個時鐘周期內完成的指令數量是固定的,所以主頻越高,CPU的速度就越快。主頻=外部頻率X乘法器。
CPU的主頻率與CPU的實際計算能力沒有直接關系。主頻率表示數字脈沖信號在CPU內振蕩的速度。我們可以在英特爾的處理器產品中看到這樣的例子:1 GHz安騰(Anthem)芯片的性能幾乎與2.66 GHz至強/Opteron一樣快。CPU的速度還取決于CPU流水線在各個方面的性能。
當然,主頻率與實際計算速度之間存在相關性,但只能說主頻率只是CPU規格的一個方面,而不是CPU的整體性能。
2.外部頻率
外部頻率是CPU的外部時鐘頻率。主板和CPU的主要標準外部時鐘頻率為66MHz、100MHz和133MHz。此外,主板的可調外部頻率越多、越高越好,尤其是對超頻更有用。
所謂外部頻率,我們指的是CPU連接到主板的速度,這一概念基于數字脈沖信號的振蕩速度。
CPU的外部頻率決定了整個主板的運行速度。在臺式機中,當我們談論超頻時,我們談論的是超頻CPU的外部頻率(當然,通常情況下,CPU的乘法器是鎖定的)。但是對于服務器CPU來說,超頻是絕對不允許的。如前所述,CPU決定了主板的運行速度,兩者都是同步運行的,如果服務器CPU超頻,改變外部頻率,就會產生異步操作,(桌面很多主板支持異步操作)這將導致整個服務器系統不穩定。
目前絕大多數計算機系統的內存和主板運行速度也同步。通過這種方式,可以理解為CPU的外部頻率直接連接到存儲器,以實現兩者之間的同步操作狀態。很容易將外部時鐘與前端總線(FSB)頻率混淆。
3.前側總線(FSB)頻率
前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)直接影響CPU和存儲器之間直接數據交換的速度。前端總線頻率有兩個概念:一個是總線的物理工作頻率(即我們所說的外部頻率),另一個是直接決定前端總線數據傳輸速度的有效工作頻率(也即我們所稱的FSB頻率)!
INTEL處理器兩者之間的關系是:FSB頻率=外部頻率X4;AMD為:FSB頻率=外部頻率X2。
FSB通常用于表示是將CPU連接到北橋芯片的總線。
外部頻率和前端總線(FSB)頻率之間的差異:前端總線的速度是指數據傳輸的速度,而外部頻率是CPU和主板之間同步操作的速度。
4.CPU位和字長
位:在數字電路和計算機技術中,使用二進制,代碼只有“0”和“1”,其中CPU中的“0”或“1”都是“位”。
字長:在計算機技術中,CPU每單位時間(同時)可以處理的二進制數的位數稱為字長。因此,一個能夠處理8位數據的CPU通常被稱為8位CPU,而一個32位CPU每單位時間可以處理32位二進制數據。字節和字長的區別:由于常見的英文字符可以用8位二進制表示,因此8位通常被稱為字節。字長的長度不是固定的,并且隨著不同的CPU而變化。8位CPU每次只能處理一個字節,而32位CPU每次可以處理4個字節,類似地,64位CPU一次可以處理8個字節。
5.乘數
乘數是指CPU的外部頻率與主頻率不同的次數。例如,Athlon XP 2000+的CPU的外部頻率為133MHz,因此其乘法器為12.5倍。
最初,CPU沒有乘法器的概念。它具有相同的主頻和外頻速度,但隨著CPU速度越來越快,乘法器技術應運而生。它最大的功能是使系統總線以相對較低的頻率工作,并且CPU速度無限提高。
6.接口
接口是指CPU與主板之間的接口。主要有兩類,一類是卡接口,稱為SLOT。卡接口CPU就像我們經常使用的各種擴展卡,比如顯卡、聲卡等。它們垂直插入主板。當然,主板上必須有相應的插槽,這個接口CPU已經被淘汰了。另一類是主流的引腳類型接口,稱為Socket,Socket接口CPU有數百個引腳,因為引腳數量不同,被稱為Socket370、Socket478、Socket462、Socket 423等。。。
7.緩存
高速緩存是一種可以高速交換數據的存儲器。它優先于內存與CPU交換數據,因此速度極快,因此也稱為緩存。通常有兩種類型的緩存與處理器相關——一級緩存,也稱為內部緩存,二級緩存,也稱為外部緩存。例如,奔騰4“Willamette”核心產品具有423引腳架構、400MHz前端總線、256KB全速二級緩存、8KB一級跟蹤緩存和SSE2指令集。
一級緩存(Level 1 Cache)是CPU的第一級緩存,分為數據緩存和指令緩存。一般服務器CPU的一級緩存的容量通常為32-256KB。
二級緩存(Level 2 Cache)是CPU緩存的第二級,分為內部芯片和外部芯片。
三級緩存(Level 3 Cache),三級緩存的應用可以進一步減少內存延遲,同時提高大數據量計算過程中的處理器性能。減少內存延遲和提高計算大量數據的能力都有助于游戲。
內部緩存(一級緩存)
內部高速緩存也經常被稱為一級高速緩存。CPU內部內置的緩存可以提高CPU的運行效率。L1緩存越大,CPU與較慢的L2緩存和內存之間交換的數據就越少,這可以提高計算機的計算速度。然而,高速緩沖存儲器是由靜態RAM組成的,并且具有復雜的結構。在CPU的情況下,核心區域不能太大,L1級高速緩存的容量不能太大。L1級高速緩沖存儲器的容量單位通常為KB。
外部緩存(二級緩存)
CPU外部緩存。外部緩存成本昂貴,因此奔騰4威拉米特內核的外部緩存為256K,但相同內核的賽揚4代僅為128K。
8.指令集
(1) CISC指令集
CISC指令集,也稱為復雜指令集(complex instruction set Computer的縮寫)。
(2) RISC指令集
RISC是“精簡指令集計算”的縮寫。
(3) IA-64型
突破了傳統IA32架構的諸多局限,在數據處理能力、系統穩定性、安全性、可用性、可視性等方面進行了突破性的改進。
(4) X86-64(AMD64/EM64T)
IA-64突破了傳統IA32體系結構的許多限制,在數據處理能力、系統穩定性、安全性、可用性和可視性方面實現了突破性的改進。
多媒體指令集
為了提高計算機在多媒體和3D圖形應用中的能力,已經創建了許多處理器指令集,其中最著名的三個是英特爾的MMX、SSE/SSE2和AMD的3D NOW!從理論上講,這些指令在增強流行的圖像處理、浮點計算、3D計算、視頻處理、音頻處理和許多其他多媒體應用方面發揮著全面的作用。
9.制造工藝
早期的處理器是使用0.5微米工藝制造的。隨著CPU頻率的增加,原來的工藝已無法滿足產品的要求,因此出現了0.35微米和0.25微米的工藝。工藝越精細,意味著每單位體積集成的電子元件越多。0.18微米和0.13微米處理器產品是市場上的主流產品,例如Northwood core P4采用0.13微米的生產工藝。2003年,英特爾和AMD的CPU制造工藝將達到0.09微米。
10.電壓
CPU工作電壓(Vcore)是指CPU正常工作所需的電壓,與生產工藝和集成晶體管的數量有關。正常操作的電壓越低,功耗就越低,產生的熱量就越少。CPU的發展方向是在保證性能的基礎上不斷降低正常運行所需的電壓。例如,舊核心Athlon XP的工作電壓為1.75v,而新核心Athlon XP.的電壓為1.65v。
11.包裝形式
CPU封裝是CPU生產過程中的最后一個過程。該封裝是一種保護措施,通過用特定材料固化來防止損壞CPU芯片或CPU模塊。CPU的封裝方法取決于CPU的安裝形式和設備集成設計。一般來說,安裝在插座中的CPU通常封裝在PGA(網格陣列)中,而安裝在插槽x插槽中的CPU都封裝在SECs(單面連接器盒)中。還有PLGA(Plastic Land Grid Array,塑料地網格陣列)和OLGA(Organic Land Grid Array)等封裝技術。由于市場競爭日益激烈,以前的CPU封裝技術的發展方向是基于節約成本。
12.單位
算術邏輯單元,也就是我們所說的“整數”單元。在ALU中執行加法、減法、乘法和除法等數學運算以及“OR、and、ASL、ROL”等邏輯運算。在大多數軟件程序中,這些操作構成了程序代碼的大部分。
浮點單元(FPU)主要負責浮點運算和高精度整數運算。一些FPU還具有矢量運算的功能,而另一些FPU具有專用的矢量處理單元。
整數處理能力是CPU計算速度的最重要表現,但浮點運算能力是與CPU的多媒體和3D圖形處理相關的重要指標,因此對于現代CPU來說,浮點單元計算能力的強弱更能說明CPU的規格。