从技术角度认识电脑CPU

一、CPU的内部结构与工作原理 

CPU是Central Processing Unit—中央处理器的缩写，它由运算器和控制器组成，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和 存储单元三大部分。 

CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料(指令)，经过物资分配部门(控制 单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)，生产出成品(处理后的数据)后，再存储在仓库( 存储器)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。 

二、CPU的相关技术参数 

1.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。很多人以 为认为CPU的主频指的是CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。CPU的主频表示在CPU内数字 脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系的。 

当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值 关系，而且CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速 度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是 CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。 

2.外频 

外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，而且目前的绝大部分 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。 

3.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。由于数据传输最大带宽 取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据带宽＝(总线频率×数据带宽)/8。 

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100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。 

4.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。 

5.缓存 

缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。L1　Cache( 一级缓存)是CPU第一层高速缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速 缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容 量不可能做得太大。一般L1缓存的容量通常在32—256KB. 

L2　Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行 速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则 是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达 1MB-3MB,双核的L2 1MB-3MB*2。

6.CPU扩展指令集 

CPU扩展指令集指的是CPU增加的多媒体或者是3D处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和 3D图形的能力。著名的有MMX(多媒体扩展指令)、SSE(因特网数据流单指令扩展)和3DNow!指令集。 

7.CPU内核和I/O工作电压 

从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。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；I/O电压一般都在1.6~3V。低电压能解决耗电过 大和发热过高的问题。 

8.制造工艺 

指在硅材料上生产CPU时内部各元器材的连接线宽度，一般用微米表示。微米值越小制作工艺越先进 ，CPU可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。目前Intel的P4和AMD的XP都已经达到了0.13 微米的制造工艺，今年达到0.065微米的制作工艺。 

下图是用WCPUID测试CPU得出的关于某款CPU的各种参数。我们可以看到这款CPU的信息：

 cndefu 回复于：2007-09-22 11:08:59

第一部分为处理器的类型，其中Processor(处理器)为AMD Athlon XP CPU；Platform(封裝)是 Scoket 462插脚；Vendor String(厂商)为AMD；Family、Model、Stepping ID组成系列号，可以用来识别 CPU的型号；Name String(名称)为AMD的Athlon系列CPU。 

第二部分为处理器的频率参数。其中Internal Clock即CPU的主频，可以看到这款CPU的主频为 2079.54MHz,即2.0G；System Bus即前端总线，这款为332.73，并非标准的前端总线，因此是超了外频的CPU；System Clock即外 频，即为166.36MHz，是超了外频的CPU； Multiplier即倍频，这款CPU的倍频为12.5。 

第三部分为处理器的缓存情况。L1 I-Cache：L1 I-缓存，这款CPU为64k；L1 D-Cache：L1 D-缓存 ，同样为64K；L2 Cache：L2 缓存，这款CPU的L2 缓存达到256K；L2 Speed：L2 速度，和CPU的主频一样。 

第四部分为处理器所支持的多媒体扩展指令集，可以看到这款CPU所支持的指令集有MMX、MMX+、SSE 、3DNOW！、3DNOW！+，但是不支持SSE2指令。 

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