CPU的各种知识

1、CPU的位和字长

位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。

字节和字长的区别：由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。

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2、CPU扩展指令集

CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel的MMX(Multi MediaExtended)、SSE、SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions2)、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。

我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集。SSE3指令集也是目前规模最小的指令集，此前MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包含有144条命令，SSE3包含有13条命令。

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3、主频

 

主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频=外频*倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服务器来讲，这个认识也出现了偏差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在着很大的争议。CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。

当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

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4、外频外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说自了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频(当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是很好理解的。但对干服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，(台式机很多主板都支持异步运行)这样会造成整个服务器系统的不稳定。目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。

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5、倍频系数

倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应-CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，而AMD之前都没有锁。

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6、缓存

缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由干CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。

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7、制造工艺

制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高，功能更复杂的电路设计。现在主要的180nm、130nm，90nm。最近官方已经表示有65nm的制造工艺了。

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8、CPU内核和/O工作电压从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和/O电压两种，通常CPU的核心电压小于等于1/0电压。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低;1/O电压一般都在1.6~5V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。

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9、前端总线(FSB)频率前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽=(总线频率*数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHzx64bit÷8Byte/bit=800MB/s。其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。之前我们知道IA-32架构必须有三大重要的构件：内存控制器Hub(MCH)1/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片组Intel 7501、Intel7505芯片组，为双至强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线带宽可达到4.3GB/秒。但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题，而且更有效地提高了总线带宽，比方AMDOpteron处理器，灵活的HvperTransport1/O总线体系结构让它整合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话，前端总线(FSB)频率在AMDOpteron处理器就不知道从何谈起了。中央处理器(英文Central Processing Unit，CPU)是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和敲入/输出设备是电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令还有处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。

差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取(Fetch)，解码(Decode)、执行(Execute)和(Writeback)。CPU根据存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。

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CPU 的工作原理CPU根据存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，我们接着看发出各种控制命令，执行微操作系列，根据而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段，一个或多个有关操作数地址的字段还有多数表征机器状态的状态字和特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。1. 提取第一阶段，提取，根据存储器或高速缓冲存储器中检索指令(为数值或一系列数值)。由程序计数器(Proqram Counter)指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常根据比较较慢的存储器寻找，所以导致CPU等候指令的送入。这种疑问主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。2. 解码CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片段。根据CPU的指令集架构(ISA)定义用数值解译为指令。一部分的指令数值为运算码(Opcode)，其指示要进行哪些运算。别的的数值一般供给指令需要的信息，诸如一个加法(Addition)运算的运算目标。我们接着看的运算目标也许提供一个常数值(即立即值)，或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是不能够改变的硬件设备。但是在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时经常使用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往能够重写，方便变更解码指令。3. 执行在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。4. 写回最后阶段，写回，以必须格式用执行阶段的结果简单的写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器以供随后指令快速存取。在别的案例中，运算结果可能写进速度较慢，但空间较大且较便宜的主记忆体中。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果。这些那么称作“跳转”(Jumps)，并在程式中带着循环行为、条件性执行(透过条件跳转)和函式。

很多指令也会改变标志暂存器的状态位元。这些标志可用来影响程式行为，因为它们时常显出各种运算结果。

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CPU主频主频也叫时钟频率，单位是兆赫(MHz)或千兆赫(GHz)，用来表示CPU的运算，处理数据的速度。

CPU的主频=外频*倍频系数。主频和实际的运算速度存在必须的关系，但并不可能一个简单的线性关系，所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等等各方面的能力指标。

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CPU外频

外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。通俗地说，在台式计机中，所说的超频，都是超CPU的外频(当然那么情况下，CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是非常非常好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是非常不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，可能把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，(台式计算机好多主板都支持异步运行)我们接着看会造成整个服务器系统的不稳定。

目前的绝大面积计算机系统中外频与主板前端总线不可能同步速度的，而外频与前端总线(FSB)频率又很简单被混为一谈。

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如何识别原装的CPU对盒装产品而言，网民能够参照如下做法鉴别：1. 根据CPU外包装的开的小窗往里看，原装产品CPU表面会有编号，根据小窗往里看是能够观察编号的，原装CPU的编号清晰，而且与外包装盒上贴的编号一致，好多翻包CPU会把CPU上的编号磨掉，这一点注意鉴别。2. 跟随科技发展，造假技术越来越高，可能不能够够肯定所买CPU是不可能原装，能够按照包装上的说明用Intel或AMD厂商提供的方式查询所买CPU的真伪。

3. 除了编号之外，伪劣CPU的能力与原装CPU的能力有必须的差距，这一点也能够用来鉴别真假(这是最直接的做法，但最保险的做法或者上述的第二条)。

 

本文来源： Hipeson并行计算解决专家