工控機CPU基本概念介紹

  工控機CPU知識你瞭(le)解多少呢？下面将爲您詳細解讀(dú)工控機主頻、外頻、CPU的位和、CPU的位和、前端總線(FSB)頻率、緩存、倍頻系數這些概念。      

      1.主頻(pín) 

      主頻也叫時鍾頻率，單(dān)位是MHz，用來(lái)表示CPU的運算速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數。 

      很多人認爲主頻就決定著(zhe)CPU的運行速度，這不僅是個片面的，而且對於工控機來講，這個認識也出現瞭(le)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(zhe)很大的争議，我們從Intel的産品的發展趨勢，可以看出Intel很注重加強自身主頻的發展。像其他的處理器廠家，有人曾經拿過一快1G的全美達來做比較，它的運行效率相當於2G的Intel處理器。所以，CPU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内數字脈沖信号震蕩的速度。在Intel的處理器産品中，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的流水線的各方面的性能指标。當然，主頻和實際的運算速度是有關的，隻能說主頻僅僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。 

      2.外頻(pín) 

      外頻是CPU的基準頻率，單(dān)位也是MHz。CPU的外頻決定著(zhe)整塊主闆的運行速度。 

      說白瞭(le)，在台式機中，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。但對於服務器CPU來講，超頻是不允許的。前面說到CPU決定著(zhe)主闆的運行速度，兩者是同步運行的，如果把服務器CPU超頻瞭(le)，改變瞭(le)外頻，會産生異步運行，（台式機很多主闆都支持異步運行）這樣會造成整個服務器系統的不穩定。目前的絕大部分電腦系統中外頻也是内存與主闆之間的同步運行的速度，在這種方式下，可以理解爲CPU的外頻直接與内存相連通，實現兩者間的同步運行狀态。外頻與前端總線(FSB)頻率很容易被混爲一談，下面的前端總線介紹我們談談兩者的區别。 

      3.CPU的位和 

      字長位：在數字電路和電腦技術中採(cǎi)用二進制，代碼隻有“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在單位時間内(同一時間)能一次處理的二進制數的位數叫字長。所以能處理字長爲8位數據的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間内處理字長爲32位的二進制數據。字節和字長的區别：由於(yú)常用的英文字符用8位二進制就可以表示，所以通常就将8位稱爲一個字節。字長的長度是不固定的，對於(yú)不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次隻能處理一個字節，而32位的CPU一次就能處理4個字節，同理字長爲64位的CPU一次可以處理8個字節。 

      4.前端總線(xiàn)(FSB)頻(pín)率 

      前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與内存直接數據(jù)交換(huàn)速度。

      有一條公式可以計算，即數據帶寬＝(總線頻率×數據帶寬)/8，數據傳輸大帶寬取決於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，它的數據傳輸大帶寬是6.4GB/秒。外頻與前端總線(FSB)頻率的區别：前端總線的速度指的是數據傳輸的速度，外頻是CPU與主闆之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數字脈沖信号在每秒鍾震蕩一千萬次；而100MHz前端總線指的是每秒鍾CPU可接受的數據傳輸量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。其實現在“HyperTransport"構架的出現，讓這種實際意義上的前端總線(FSB)頻率發生瞭(le)變化。之前我們知道IA-32架構必須有三大重要的構件：内存控制器Hub (MCH) ,I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片組 Intel 7501、Intel7505芯片組，爲雙至強處理器量身定做的，它們所包含的MCH爲CPU提供瞭(le)頻率爲533MHz的前端總線，配合DDR内存，前端總線帶寬可達到4.3GB/秒。但随著(zhe)處理器性能不斷提高同時給系統架構帶來瞭(le)很多問題。而“HyperTransport"構架不但解決瞭(le)問題，而且更有效地提高瞭(le)總線帶寬，比方AMD Opteron處理器，靈活的HyperTransport I/O總線體系結構讓它整合瞭(le)内存控制器，使處理器不通過系統總線傳給芯片組而直接和内存交換數據。這樣的話，前端總線(FSB)頻率在AMD Opteron處理器就不知道從何談起瞭(le)。 

      5.緩(huǎn)存 

      緩存大小也是CPU的重要指标之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大，CPU内緩存的運行頻率高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大於系統内存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重複讀取同樣的數據塊，而緩存容量的增大，而不用再到内存或者硬盤上尋找，以此提高系統性能。但是由於CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。L1 Cache(一級緩存)是CPU層高速緩存，分爲數據緩存和指令緩存。内置的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态RAM組成，結構較複雜，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32—256KB。L2 Cache(二級緩存)是CPU的第二層高速緩存，分内部和外部兩種芯片。内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隻有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，現在家庭用CPU容量大的是512KB，而服務器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高達256-1MB，有的高達2MB或者3MB。L3 Cache(三級緩存)，分爲兩種，早期的是外置，現在的都是内置的。而它的實際作用即是，L3緩存的應用可以進一步降低内存延遲，同時提升大數據量計算時處理器的性能。降低内存延遲和提升大數據量計算能力對遊戲都很有幫助。而在服務器領域增加L3緩存在性能方面仍然有很好的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理内存會更有效，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爲及較短消息和處理器隊列長度。其實早的L3緩存被應用在AMD發布的K6-III處理器上，當時的L3緩存受限於制造工藝，並(bìng)沒有被集成進芯片内部，而是集成在主闆上。在隻能夠和系統總線頻率同步的L3緩存同主内存其實差不瞭多少。後來使用L3緩存的是英特爾爲服務器市場所推出的Itanium處理器。接著(zhe)就是P4EE和至強MP。Intel還打算推出一款9MB L3緩存的Itanium2處理器，和以後24MB L3緩存的雙核心Itanium2處理器。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，由此可見前端總線的增加，要比緩存增加帶來更有效的性能提升。      

      6.倍頻(pín)系數(shù) 

      倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。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本身意義並(bìng)不大。這是因爲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限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除瞭(le)工程樣版的Intel的CPU都是鎖瞭(le)倍頻的，而AMD之前都沒有鎖。