1、中央處理器基本技術參數zcthades1CPU是中央處理單元(Central Process Unit)的縮寫，它可以被簡稱做微處理器（Microprocessor)，不過經常被人們直接稱為處理器(processor)。2CPU是計算機的核心，作用和大腦相似，它負責處理、運算計算機內部的絕大部分數據，而主板芯片組則更像是心臟，它控制著數據的交換。CPU的種類決定了使用的操作系統和相應的軟件。CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內部總線等構成，是PC的核心。3CPU主要的性能指標：41.主頻主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻外頻倍頻系數。很多人認為主頻就決定

2、著CPU的運行速度，這不僅是個片面的，而且對于服務器來講，這個認識也出現了偏差。至今，沒有一條確定的公式能夠實現主頻和實際的運算速度兩者之間的數值關系，即使是兩大處理器廠家Intel和AMD，在這點上也存在著很大的爭議。5CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關系的，主頻表示在CPU內數字脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產品中，我們也可以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能夠表現得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面

3、的性能指標。 當然，主頻和實際的運算速度是有關的，只能說主頻僅僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。 62.外頻外頻是CPU的基準頻率，單位也是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。說白了，在臺式機中，我們所說的超頻，都是超CPU的外頻（當然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點是很好理解的。但對于服務器CPU來講，超頻是絕對不允許的。前面說到CPU決定著主板的運行速度，兩者是同步運行的，如果把服務器CPU超頻了，改變了外頻，會產生異步運行，（臺式機很多主板都支持異步運行）這樣會造成整個服務器系統的不穩定。 7目前的絕大部分電腦系統中外頻也是內存與主板之間的同

4、步運行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內存相連通，實現兩者間的同步運行狀態。外頻與前端總線(FSB)頻率很容易被混為一談，下面的前端總線介紹我們談談兩者的區別。 83.前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與內存直接數據交換速度。有一條公式可以計算，即數據帶寬(總線頻率數據位寬)/8，數據傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸的數據的寬度和傳輸頻率。比方，現在的支持64位的至強Nocona，前端總線是800MHz，按照公式，它的數據傳輸最大帶寬是6.4GB/秒。 9外頻與前端總線(FSB)頻率的區別：前端總線的速度指的是數據傳輸的速度，外頻是CPU

5、與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數據傳輸量是100MHz64bit8bit/Byte=800MB/s。 104、CPU的位和字長位：在數字電路和電腦技術中采用二進制，代碼只有“0”和“1”，其中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。 字長：電腦技術中對CPU在單位時間內(同一時間)能一次處理的二進制數的位數叫字長。所以能處理字長為8位數據的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內處理字長為32位的二進制數據。字節和字長的區別：由于常用的英文字符用8位二進制

6、就可以表示，所以通常就將8位稱為一個字節。字長的長度是不固定的，對于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個字節，而32位的CPU一次就能處理4個字節，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個字節。 115.倍頻系數倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。 CPU的主頻外頻倍頻系數。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統之間數據傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會出現明顯的“瓶頸”效應CPU從系統中得到數據的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版

7、的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，而AMD之前都沒有鎖，現在AMD推出了黑盒版CPU（即不鎖倍頻版本，用戶可以自由調節倍頻，調節倍頻的超頻方式比調節外頻穩定得多。） 12 6.緩存緩存大小也是CPU的重要指標之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統內存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重復讀取同樣的數據塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內部讀取數據的命中率，而不用再到內存或者硬盤上尋找，以此提高系統性能。但是由于CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。 13L1Cache(一級緩存)是CPU第一

8、層高速緩存，分為數據緩存和指令緩存。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般服務器CPU的L1緩存的容量通常在32256KB。 14L2Cache(二級緩存)是CPU的第二層高速緩存，分內部和外部兩種芯片。內部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，以前家庭用CPU容量最大的是512KB，現在筆記本電腦中也可以達到2M，而服務器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高，可以達到8M

9、以上。 15L3Cache(三級緩存)，分為兩種，早期的是外置，現在的都是內置的。而它的實際作用即是，L3緩存的應用可以進一步降低內存延遲，同時提升大數據量計算時處理器的性能。降低內存延遲和提升大數據量計算能力對游戲都很有幫助。而在服務器領域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內存會更有效，故它比較慢的磁盤I/O子系統可以處理更多的數據請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統緩存行為及較短消息和處理器隊列長度。 16但基本上L3緩存對處理器的性能提高顯得不是很重要，比方配備1MB L3緩存的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對手，可見

10、前端總線的增加，要比緩存增加帶來更有效的性能提升。 177.CPU擴展指令集188.CPU內核和I/O工作電壓從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內核電壓和I/O電壓兩種，通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中內核電壓的大小是根據CPU的生產工藝而定，一般制作工藝越小，內核工作電壓越低；I/O電壓一般都在1.65V。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題。199.制造工藝制造工藝的微米是指IC內電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的IC電路設計，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。現在主要的180nm、130nm、90

11、nm、65nm、45nm。2010.指令集（1）CISC指令集（2）RISC指令集（3）IA-64（4）X86-64 （AMD64 / EM64T）2111.超流水線與超標量22 12.封裝形式CPU封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護措施，一般必須在封裝后CPU才能交付用戶使用。CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設計，從大的分類來看通常采用Socket插座進行安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)方式封裝，而采用Slot x槽安裝的CPU則全部采用SEC(單邊接插盒)的形式封裝。現在還有PLGA(Plastic Land Grid Array)、OLG

12、A(Organic Land Grid Array)等封裝技術。由于市場競爭日益激烈，目前CPU封裝技術的發展方向以節約成本為主。2313、多線程同時多線程Simultaneous multithreading，簡稱SMT。SMT可通過復制處理器上的結構狀態，讓同一個處理器上的多個線程同步執行并共享處理器的執行資源，可最大限度地實現寬發射、亂序的超標量處理，提高處理器運算部件的利用率，緩和由于數據相關或Cache未命中帶來的訪問內存延時。當沒有多個線程可用時，SMT處理器幾乎和傳統的寬發射超標量處理器一樣。SMT最具吸引力的是只需小規模改變處理器核心的設計，幾乎不用增加額外的成本就可以顯著地提

13、升效能。多線程技術則可以為高速的運算核心準備更多的待處理數據，減少運算核心的閑置時間。這對于桌面低端系統來說無疑十分具有吸引力。Intel從3.06GHz Pentium 4開始，所有處理器都支持SMT技術。 2414、多核心多核心，也指單芯片多處理器（Chip multiprocessors，簡稱CMP）。 2515、SMPSMP（Symmetric Multi-Processing），對稱多處理結構的簡稱，是指在一個計算機上匯集了一組處理器(多CPU),各CPU之間共享內存子系統以及總線結構。在這種技術的支持下，一個服務器系統可以同時運行多個處理器，并共享內存和其他的主機資源。 2616、

14、NUMA技術NUMA即非一致訪問分布共享存儲技術，它是由若干通過高速專用網絡連接起來的獨立節點構成的系統，各個節點可以是單個的CPU或是SMP系統。2717、亂序執行技術亂序執行（out-of-orderexecution），是指CPU允許將多條指令不按程序規定的順序分開發送給各相應電路單元處理的技術。這樣將根據個電路單元的狀態和各指令能否提前執行的具體情況分析后，將能提前執行的指令立即發送給相應電路單元執行，在這期間不按規定順序執行指令，然后由重新排列單元將各執行單元結果按指令順序重新排列。采用亂序執行技術的目的是為了使CPU內部電路滿負荷運轉并相應提高了CPU的運行程序的速度。分枝技術：（

15、branch）指令進行運算時需要等待結果，一般無條件分枝只需要按指令順序執行，而條件分枝必須根據處理后的結果，再決定是否按原先順序進行。 2818、CPU內部的內存控制器29CPU的廠商301.Intel公司 Intel是生產CPU的老大哥，它占有80%多的市場份額，Intel生產的CPU就成了事實上的x86CPU技術規范和標準。最新的酷睿成為CPU的首選。 312.AMD公司 目前使用的CPU有好幾家公司的產品，除了Intel公司外，最有力的挑戰的就是AMD公司，AMD是目前唯一可與Intel匹敵的CPU廠商。AMD出品之CPU的特點是以較低的核心時脈頻率產生相對上較高的運算效率。 323.IBM