书城科普读物探索未知丛书-计算机王国
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第33章 什么是CPU

对于一台电脑系统,CPU的作用就像心脏对我们一样重要。我们选购电脑时总要首先问,是486还是586,是100还是300,是MMX还是3D-NOW!这些指的就全是CPU的指标,CPU在整个微机系统的核心作用,足以作为划分CPU档次的标准,这使它几乎成为各种档次微机的代名词。我们可以说,CPU的性能能大致反映出我们的微机系统的性能,这对我们的选择的重要性是显而易见的。

CPU是英语“Central Processing Unit”的缩写,其中文的直译为“中央处理单元”,CPU的主要功能是进行运算和逻辑运算,其物理结果包括逻辑运算单元、控制单元和存储单元组成。在逻辑运算和控制单元中包括一些寄存器,这些寄存器用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。在这里,并不需要弄清楚CPU的复杂原理,我们只是从性能参数的挑选方面对其进行一些必要的认识,这对认识和采购、配置计算机是大有帮助的。

CPU主要的性能指标:

主频:即CPU内部核心工作的时钟频率,单位一般是兆赫兹(MHz)。这是我们最关心的一个参数,我们通常所说的233、300、450等就是指它。对于同种类的CPU,主频越高,CPU的速度就越快,整机的性能就越高。由于内部的结构不同,不同种的CPU之间不能直接通过主频来比较,而且高主频的CPU的实际表现性能,还与外频、缓存等大小有关,带有特殊指令的CPU,则相对程度地依赖软件的优化程度。

外频和倍频数:外频即CPU的外部时钟频率。CPU的主频与外频的关系是:CPU主频=外频×倍频数,外频是由电脑主板提供的,486的外频一般是33MHz,40MHz,Pentium主板的外频一般是66MHz,也有主板支持75各83MHz。而目前Intel公司最新的芯片组440BX可以使用100MHz甚至更高的时钟频率。另外VIA公司的MVP3、MVP4,APPLO PRO等一些非Intel的芯片组也开始支持100MHz的外频,一些主板由于技术精良,工艺先进,可以超频1/3以上稳定使用,成为超频爱好者的首选。Intel公司的下一代主板芯片将支持133MHz的外频,AMD的K7甚至将使用200MHz的外频。

内部缓存(L1 Cache):采用速度极快的SRAM制作,与CPU共同封装于芯片内部的高速缓存,用于暂时存储CPU运算时的最近的部分指令和数据,存取速度与CPU主频相同(一般称为全速),L1缓存的容量一般以KB为单位。L1缓存全速工作,其容量越大,使用频率最高的数据和结果就越容易尽快进入CPU进行运算,CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少,相对电脑的运算速度可以提高。486就因为集成了内部Cache,速度比386快了许多。最早的486内部一般有1K~8K的L1 Cache,现在的Pentium II的L1 Cache一般有32K,而Cyrix和AMD的芯片内部有64K甚至更多。

二级缓存(L2 Cache):集成于CPU外部的高速缓存,L2 Cache的一般容量是128K~2M。容量越大,系统的综合性能越高。一般的L2 Cache运行于系统外频或CPU主频的一半,后来Pentium Pro处理器采用的L2和CPU运行在相同频率下,由于芯片成品率太低,成本昂贵,所以后来Pentium II的L2 Cache运行在相当于CPU频率一半下的,但容量增加为512K。现在的至强处理器又采用了全速的L2 Cache,容量增大至512K到2M之间,以求性能获得提高。没有Cache的赛扬处理器,性能下降不少。

MMX技术:是多媒体扩展指令集的缩写。MMX是Intel公司为增强Pentium CPU在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术。这一技术为CPU增加了全新的57条MMX指令,还将CPU芯片内的L1缓存由原来的B增加到32KB(指命+数据),因此MMX CPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时,处理多媒体的能力上提高了60%左右。即使不使用MMX指令的程序,也能获得15%左右的性能提升。MMX已经成为选择CPU的一个基本标准,目前CPU基本都具备MMX技术,除Pentium P55C(Pentium MMX)和PentiumⅡCPU还有K6、K6 3D(K6-2)、MII,6X86MX,IDT C6等。不支持MMX指令的CPU可以不用考虑了。

3D指令技术:MMX指令解决了多媒体运算的瓶颈,但只是加速了整数运算速度,对于需要大规模浮点运算的3D图形处理和游戏就无能为力了。针对日益增长的3D处理要求,支持3D指令将同支持MMX指令一样重要。目前支持3D指令的CPU只有AMD一家,使用3D-Now!技术的CPU可以大幅度加速三维处理速度,从而把游戏和图形处理带入一个崭新的境界。Intel的MMX2指令集更为强大,这些指令集必须依靠软件的优化支持才能完全发挥CPU的性能。

制造工艺:单位是微米。CPU的微米级别直接决定了CPU的极限频率,0.35微米的CPU工作频率一般不超过250MHz,而0.13微米的铜芯技术芯片可以稳定地工作在1000MHz。