第章CPU.docVIP

第2章 CPU CPU是微机系统的核心部件，它的性能奠定了微机性能的基础。本章主要介绍市场流行的CPU产品以及对系统性能的影响。 2.1 CPU性能参数及相关技术 为了能让读者对CPU有更系统和全面的认识，我们有必要围绕CPU先简单介绍其主要性能参数及其相关的一些技术，在此基础上识别和了解CPU产品。衡量CPU性能的主要技术指标有主频、位宽、指令系统、内部结构及封装等几方面。 1．主频 主频就是指CPU核心电路工作的时钟频率，主频越高，意味着CPU的运行速度越快,性能也就越好。早期的8086主频只有4.77MHz，现在的CPU主频已经接近4.0GHz。 在一定工艺技术条件下制造的CPU，其工作频率不能超过某一个最大值。一方面是由于制造工艺的限制，器件的反应速度存在极限值，当超过某个极限数值后，器件就不能正常工作，机器会出现不稳定或死机现象。另一方面CPU在高速运行过程中必然会产生热量，而且随着主频的增高发热量也会加剧，热量的积累会导致CPU过热而不能正常工作，轻者造成死机，重者烧坏芯片。为了保证安全，CPU在出厂前都要经过非常严格的测试和筛选，并标定出额定工作频率，这个额定频率也就是CPU产品出厂时标称的主频。 为了进一步保证器件的可靠性和使用寿命，制造商最常用的办法就是在处理器设计和生产过程中适当增加余量，即实际控制的性能参数往往高于出厂的标称值。所以，在保证不超温的情况下，稍高出额定工作频率后，CPU仍能正常工作。让CPU在超出额定频率的条件下工作，这就是所谓的超频。 2．系统频率 系统总线的工作频率一般称为系统频率，也叫基频或外频。系统总线频率是从主板上获得的。同样，CPU的工作频率、内存芯片和主板上其它芯片的工作频率也都是由主板上的时钟电路提供的。 由于CPU的速度越来越快，而系统总线及其它芯片的速度已经无法跟上CPU的发展脚步。所以，采取了CPU内部工作频率高而外部其它电路工作频率低的方法。CPU主频是通过倍频的方法来实现的，即时钟电路将系统频率按某个倍数提高，这种倍数关系也叫倍频系数。一般来说： CPU主频＝系统频率×倍频系数。 3．前端总线频率 前端总线（Front Side Bus，FSB）是指CPU的外部总线，也就是CPU与主板内存管理芯片之间的数据传输通道，也可以认为它是CPU与主板之间的接口。在PentiumIII以前，前端总线与系统总线并没有什么区别，但从Pentium4推出以后，前端总线与系统总线两者的关系就发生了变化。Pentium4采用了4路并行数据传输技术，也就是说，CPU数据总线由原来的64位增加了到4×64位；因此，前端总线的数据传输带宽也同时提高到了原来的4倍，这就相当于前端总线频率是系统总线频率的4倍。所以，就目前来说，CPU主频、前端总线频率、系统总线频率已经成为三个不同的概念。 4．位宽 位宽又叫基本字长，俗称线宽，是指CPU一次操作所能处理的二进制数据长度。通常用CPU内部运算器的位数来代表，字长往往与CPU内部寄存器以及地址线和数据线相当。 表2-1 各档次CPU位宽 CPU 8086 80286 386/486 586 PII/PIII/P4 Itanium 数据线宽 16 16 32 64 64 128 地址线宽 20 24 32 32 36 64 寻址范围 1M 16M 4G 4G 64G 16E 寄存器宽 16 16 32 32 32+64 64+128 数据线是CPU与内存及I/O端口交换数据的通道，宽度代表了一次交换数据的能力。地址线决定了CPU的寻址能力。寄存器位数代表了各指令的功能和执行效率。从80386开始CPU字长增加到32位，从奔腾开始数据线增加到64位，PentiumII/III和Pentium4 CPU内部增加了少量64位寄存器，但仍然属于32位处理器。目前，64位处理器已经开始普及。 5．指令系统 指令系统是CPU性能的集中体现，任何型号的CPU都有属于自己的指令系统，它是由CPU制造商设计决定的。指令的格式、种类、寻址方式、指令的多少以及执行速度都能反映出该CPU的设计水平和性能优劣。下面简要介绍在指令系统中产生过重大影响的技术。 （1）MMX指令 MMX（Multi Media eXtension，多媒体扩展）技术是Intel公司发明的一项多媒体增强指令集技术。MMX指令共有57条，主要是增强对动画的再生、图像的加工以及声音的合成处理能力。在此基础上，它能使系统对多媒体相关任务的综合处理能力提高1.5到2倍。 MMX技术带来的处理器性能提高是显而易见的，之后的“3Dnow!”以及SSE、SSE2和SSE3也都是从MMX技术发展演变而来的。 （2