本內(nèi)容介紹了計(jì)算機(jī)cpu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、CPU的工作原理和性能指標(biāo)，全面的介紹了計(jì)算機(jī)CPU。　

計(jì)算機(jī)CPU的性能指標(biāo)

　　從CPU的構(gòu)造功能方面論述CPU性能指標(biāo)對(duì)于計(jì)算機(jī)運(yùn)行的重要作用,從而芻議了CPU的性能指標(biāo)。CPU是計(jì)算機(jī)的三大核心部件之一,全稱為(CentralProcessing Unit),CPU很小巧卻是整個(gè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。用通俗的比喻來(lái)解釋就是相當(dāng)于人的大腦。它的主要功能是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。對(duì)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)而言CPU性能的好壞直接決定著整個(gè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。

　　在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中CPU是由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成的。它主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)并且控制計(jì)算機(jī)各部件執(zhí)行程序的指令序列,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。具體功能包括:指令控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工、中斷處理等。計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天,CPU的性能指標(biāo)已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題了,所以對(duì)于計(jì)算機(jī)CPU性能指標(biāo)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(shí)就是CPU內(nèi)核工作時(shí)的時(shí)鐘頻率。CPU的主頻所表示的是CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。所以并不能直接說(shuō)明主頻的速度是計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)行速度的直接反映形式,我們并不能完全用主頻來(lái)概括CPU的性能。這是我們最關(guān)心的,我們所說(shuō)的233、300等就是指的主頻。

　　(2)外頻是系統(tǒng)總線的工作頻率,即CPU的基準(zhǔn)頻率,是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度。外頻速度越高,CPU就可以同時(shí)接受更多來(lái)自外圍設(shè)備的數(shù)據(jù),從而使整個(gè)系統(tǒng)的速度進(jìn)一步提高。

　　(3)倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。

　　2　緩存容量一般來(lái)說(shuō)存容量越大,性能也就越高,CPU的緩存一般分為內(nèi)部緩存(L1 Cache)和外部緩存(L2 Cache)。封閉在CPU芯片內(nèi)部的高速緩存,用于暫時(shí)存儲(chǔ)CPU運(yùn)算時(shí)的部分指令和數(shù)據(jù),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(yùn)行在相同頻率下的,但成本昂貴,所以Pentium II運(yùn)行在相當(dāng)于CPU頻率一半下的,容量為512K。

　　內(nèi)部緩存越大,CPU工作時(shí)與存取速度較慢的外部緩存和內(nèi)部緩存間交換數(shù)據(jù)的次數(shù)越少,相對(duì)電腦的運(yùn)算速度可以提高。L1高速緩存與CPU同步運(yùn)行,其緩存容量大小對(duì)CPU的性能影響較大。L2高速緩存也稱為二級(jí)高速緩存( L2Cache)的容量和頻率對(duì)CPU的性能影響也較大,其作用就是協(xié)調(diào)CPU的運(yùn)行速度與內(nèi)存存取速度之間的差異。L2高速緩存是CPU晶體管總數(shù)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(lái)作為高端和低端CPU產(chǎn)品得分界標(biāo)準(zhǔn)。

　　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(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)需要的電壓比較高通常為5V,隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)現(xiàn)在CPU正常運(yùn)行所需要的電壓比較低了。CPU的正常工作電壓是一個(gè)比較寬的范圍,一般最低可以達(dá)到1.1V,在低電壓下依然可以穩(wěn)定的工作。提高工作電壓,可以加強(qiáng)CPU內(nèi)部信號(hào),增加CPU的穩(wěn)定性能。但會(huì)導(dǎo)致CPU的發(fā)熱問題,CPU發(fā)熱將改變CPU的化學(xué)介質(zhì),降低CPU的壽命。

　　4　流水線的性能指標(biāo)衡量流水線性能的主要指標(biāo)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(jiǎn)單談?wù)凜PU是如何生產(chǎn)出來(lái)的。CPU是在特別純凈的硅材料上制造的。一個(gè)CPU芯片包含上百萬(wàn)個(gè)精巧的晶體管。人們?cè)谝粔K指甲蓋大小的硅片上，用化學(xué)的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個(gè)意義上說(shuō)，CPU正是由晶體管組合而成的。簡(jiǎn)單而言，晶體管就是微型電子開關(guān)，它們是構(gòu)建CPU的基石，你可以把一個(gè)晶體管當(dāng)作一個(gè)電燈開關(guān)，它們有個(gè)操作位，分別代表兩種狀態(tài):ON(開)和OFF(關(guān))。這一開一關(guān)就相當(dāng)于晶體管的連通與斷開，而這兩種狀態(tài)正好與二進(jìn)制中的基礎(chǔ)狀態(tài)“0”和“1”對(duì)應(yīng)!這樣，計(jì)算機(jī)就具備了處理信息的能力。

　　但你不要以為，只有簡(jiǎn)單的“0”和“1”兩種狀態(tài)的晶體管的原理很簡(jiǎn)單，其實(shí)它們的發(fā)展是經(jīng)過科學(xué)家們多年的辛苦研究得來(lái)的。在晶體管之前，計(jì)算機(jī)依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機(jī)械開關(guān)來(lái)處理信息。后來(lái)，科研人員把兩個(gè)晶體管放置到一個(gè)硅晶體中，這樣便創(chuàng)作出第一個(gè)集成電路，再后來(lái)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(hào)來(lái)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)的呢?其實(shí)，所有電子設(shè)備都有自己的電路和開關(guān)，電子在電路中流動(dòng)或斷開，完全由開關(guān)來(lái)控制，如果你將開關(guān)設(shè)置為OFF，電子將停止流動(dòng)，如果你再將其設(shè)置為ON，電子又會(huì)繼續(xù)流動(dòng)。晶體管的這種ON與OFF的切換只由電子信號(hào)控制，我們可以將晶體管稱之為二進(jìn)制設(shè)備。這樣，晶體管的ON狀態(tài)用“1”來(lái)表示，而OFF狀態(tài)則用“0”來(lái)表示，就可以組成最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)。眾多晶體管產(chǎn)生的多個(gè)“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(shù)字、顏色和圖形。舉個(gè)例子，十進(jìn)位中的1在二進(jìn)位模式時(shí)也是“1”，2在二進(jìn)位模式時(shí)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(jì)算機(jī)工作采用的二進(jìn)制語(yǔ)言和數(shù)據(jù)。成組的晶體管聯(lián)合起來(lái)可以存儲(chǔ)數(shù)值，也可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算。加上石英時(shí)鐘的控制，晶體管組就像一部復(fù)雜的機(jī)器那樣同步地執(zhí)行它們的功能。