文档介绍：CPU 性能指标&架构
DD0B63Cindy Tang
CPU 基本架构
CPU基本原理
CPU性能指标
Main stream CPU architecture
Agenda:
ALU
计算器
CU
控制器
MU
存储器
Input
Output
Central processor units
CPU基本架构
CPU的运作原理可分为四个阶段:
提取(Fetch)
解码(Decode)
执行(Execute)
写回(Write back)
CPU运作原理
IC制程
位元处理能力
Cash
主频
外频
FSB频率
Hyper transfer
QPI & DMI
CPU性能指标
IC制程
制造工艺是指IC(集成电路)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、65nm、45nm。Intel已经有32纳米的制造工艺的酷睿i3/i5系列。而AMD则表示、自己的产品将会直接跳过32nm工艺(2010年第三季度生产少许32nm产品如(Orochi、Llano)于2011年中期初发布28nm的产品(名称未定)
CPU的性能指标(IC制程)
位元处理能力
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。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
CPU的性能指标(位元处理能力)
存储容量(一)
缓存大小也是CPU的重要指标之一,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。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。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都很小。
L1 Cache是CPU第一层高速缓存,分为数据缓存和指令缓存。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CPU的L1 cash的容量通常在32-256KB。
CPU的性能指标(存储容量一)
存储容量(二)
L2 Cache是CPU的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片。早期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,以前家庭用CPU容量最大的是512KB,现在笔记本电脑中也可以达到2M,而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高,可以达到8M以上。
L3 Cache分为两种,早期的是外置,现在的都是内置的。L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟,同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效,故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。
CPU的性能指标(存储容量二)
主频( CPU Clock Speed )
主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,主频和CPU实际的运算速度存在一定的关系,但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系,因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标(缓存、指令集,CPU的位数等等)
主频=外频*倍频
CPU的主频由倍频和外频综合决定
CPU的性能指标(主频)