CPU性能指标大解析:主频不再是唯一

提起CPU性能几乎所有的人都会说主频!没有错,几乎所有人都认为主频决定一切。但是事实上主频至上的理念早在10年前就已经过时了。为什么呢?

首先我们要知道CPU主频是什么东西。很多人认为CPU主频就是运算速度,指的是每秒钟执行的指令数。实际上这是不对的。CPU主频指的是CPU内的时钟周期的快慢,就是CPU内的时钟周期在每秒内有多少个周期。

那么,时钟周期是什么东西?从电子技术的角度上考虑,逻辑电路为了保证时序性必须要有一个交变电路担当时间标准,这就是时钟周期的由来。这个周期是CPU运算的基本时间单位,就和秒一样是基本时间单位。

那么时钟周期和运算速度有什么关系呢?时钟周期并不决定运算速度。CPU根据设计时的架构不同,在每个时钟周期内可以执行的指令数是不同的,比如有10个的有50个的,有100个的。而衡量CPU性能要看指令的执行情况,所以不能单看主频。

那么,什么指标能反映时钟周期的内指令的执行数目呢?目前还没有一个标准,但是可以根据架构来判断。这就是行家通常说的买CPU要看架构一样,不然同样是2G主频,奔腾4和i3的差距可不是一般的大。

那么主频就不重要了么?当然不是,理论上说主频乘以一个周期内的指令执行数才是运算速度,所以主频是很重要的。尤其是在架构接近的时候主频几乎完全决定运算速度。

除了主频外还有一个叫做内存总线带宽或者内存母线带宽的东西也很大程度上决定CPU性能。提起总线就要提起电子技术上的门电路,所谓总线就是通过特殊的控制,让多个设备或者元件按照时序从一条线路上传输数据,这样可以极大的简化电路,提高效率。而内存总线就是连接内存和CPU的总线,这个总线如果带宽过低则CPU虽然由空余但是总线运不来要送的数据,如果太大那么CPU是心有余而力不足……所以通常总线要和CPU外频配对。当然,高一点是不会影响性能的。

提起总线就会让人想起缓存。缓存就是蓄水池……用来调节CPU和内存之间的速度差,通常有3级(L3),缓存越大二者速度差对性能的影响就越小,性能就越高。

影响CPU的另一个指标就是核心数和线程数。

核心数就是CPU有几个运算核心,这个核心和我们电脑直接识别的核心是不同的(后面会说)。有两个核心就是两个核心在并行处理(双线程)意思就是可以同时处理两个数据流。而多线程技术和超线程技术是一样的,就是让一个核心可以运行两个线程,是一种逻辑算法,超线程会让电脑认为你这个核心有两个虚拟核心,就是所谓虚拟核心技术。虚拟核心的运算效率与算法有很大关系,目前intel据说算法优化达到了虚拟核心等效于真实核心80%的效率,就是超线程技术会提升性能80%(据说而已)

提起超线程技术就有人会说流水线。流水线指的是CPU内部把一个指令拆分成若干个小部分按流水线的方式来执行。流水线越多主频越高,但是受工艺限制,效率越低,功耗越大。

指令集也是一个关系CPU速度的关键,指令集就是译码器,指令集越复杂每个指令执行的速度越慢,但是执行程序需要的指令就越少。这个是有一个最优化的东西的。

工艺,比如22nm工艺等指的是加工CPU的工艺,当然越精细越好。

此外就是说一下,核心数,超线程,流水线还有一个周期内的指令数,指令集等这些统归到架构里面,所以CPU的架构就是指这些。不一定主频高就好,比如奔腾和酷睿;也不一定核心多就好,比如推土机和i7(AMD处理器比较特殊,每2-3个核心才能完成一个核心的任务,所以实际核心比结构核心少)。

总的来说,CPU性能还是要看主频,架构和工艺,三者缺一不可,别再被主频忽悠了哦

电脑总线技术基础知识“页总汇”

忽忽,这个标题我取得不错。

任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接,但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接,那么连线将会错综复杂,甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构,常用一组线路,配置以适当的接口电路,与各部件和外围设备连接,这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充,尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。
—-微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连;而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线,用于插件板一级的互连;外部总线则是微机和外部设备之间的总线,微机作为一种设备,通过该总线和其他设备进行信息与数据交换,它用于设备一级的互连。
—-另外,从广义上说,计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信,相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好,但由于占用的口线多,不适于小型化产品;而串行通信速率虽低,但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。
—-随着微电子技术和计算机技术的发展,总线技术也在不断地发展和完善,而使计算机总线技术种类繁多,各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。

一、内部总线

—-1.I2C总线
—-I2C(Inter-IC)总线10 多年前由Philips公司推出,是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简化,器件封装形式小,通信速率较高等优点。在主从通信中,可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上,通过地址来识别通信对象。
—-2.SPI总线
—-串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola 公司推出的一种同步串行接口。Motorola 公司生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68 系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。
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—-3.SCI总线
—-串行通信接口SCI(serial communication interface)也是由Motorola 公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART,与MCS-51的异步通信功能基本相同。

二、系统总线

—-1.ISA总线
—-ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT 机而建立的系统总线标准,所以也叫AT 总线。它是对XT总线的扩展,以适应8/16 位数据总线要求。它在80286 至80486 时代应用非常广泛,以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98 只引脚。
—-2.EISA总线
—-EISA总线是1988 年由Compaq等9 家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座,在原来ISA总线的98 条信号线上又增加了98 条信号线,也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中,EISA总线完全兼容ISA总线信号。
—-3.VESA总线
—-VESA(video electronics standard association)总线是 1992 年由60 家附件卡制造商联合推出的一种局部总线,简称为VL(VESA local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连,通常把这部分总线称为CPU总线或主总线,其他设备通过VL总线与CPU总线相连,所以VL总线被称为局部总线。它定义了32 位数据线,且可通过扩展槽扩展到64 位,使用33MHz 时钟频率,最大传输率达132MB/s,可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线,可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。

—-4.PCI总线

—-PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一,它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32 位数据总线,且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小,其功能比VESA、ISA 有极大的改善,支持突发读写操作,最大传输速率可达132MB/s,可同时支持多组外围设备。PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)总线,但它不受制于处理器,是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。

—-5.Compact PCI

—-以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中,在计算机系统总线中,还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线,比如STD 总线、 VME 总线、PC/104 总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——Compact PCI。
—-Compact PCI的意思是“坚实的PCI”,是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统,是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准,是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来,它利用PCI的优点,提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统,同时还考虑充分利用传统的总线产品,如ISA、STD、VME或PC/104 来扩充系统的I/O 和其他功能。
三、外部总线
—-1.RS-232-C总线
—-RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232 为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25 条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道,在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、119600、19200波特。RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。
—-2.RS-485总线
—-在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32 台驱动器和32台接收器。
—-3.IEEE-488总线
—-上述两种外部总线是串行总线,而IEEE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488 总线用来连接系统,如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488 总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元,但总线上最多可连接15 台设备。最大传输距离为20 米,信号传输速度一般为500KB/s,最大传输速度为1MB/s。
—-4.USB总线
—通用串行总线USB(universal serial bus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7 家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术,实现外设的简单快速连接,达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源,而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外,快速是USB技术的突出特点之一,USB的最高传输率可达12Mbps 比串口快100 倍,比并口快近10 倍,而且USB还能支持多媒体。
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任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接,但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接,那么连线将会错综复杂,甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构,常用一组线路,配置以适当的接口电路,与各部件和外围设备连接,这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充,尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。—-微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连;而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线,用于插件板一级的互连;外部总线则是微机和外部设备之间的总线,微机作为一种设备,通过该总线和其他设备进行信息与数据交换,它用于设备一级的互连。—-另外,从广义上说,计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信,相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好,但由于占用的口线多,不适于小型化产品;而串行通信速率虽低,但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。—-随着微电子技术和计算机技术的发展,总线技术也在不断地发展和完善,而使计算机总线技术种类繁多,各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。一、内部总线—-1.I2C总线—-I2C(Inter-IC)总线10 多年前由Philips公司推出,是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简化,器件封装形式小,通信速率较高等优点。在主从通信中,可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上,通过地址来识别通信对象。—-2.SPI总线—-串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola 公司推出的一种同步串行接口。Motorola 公司生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68 系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。10—-3.SCI总线—-串行通信接口SCI(serial communication interface)也是由Motorola 公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART,与MCS-51的异步通信功能基本相同。二、系统总线—-1.ISA总线—-ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT 机而建立的系统总线标准,所以也叫AT 总线。它是对XT总线的扩展,以适应8/16 位数据总线要求。它在80286 至80486 时代应用非常广泛,以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98 只引脚。—-2.EISA总线—-EISA总线是1988 年由Compaq等9 家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座,在原来ISA总线的98 条信号线上又增加了98 条信号线,也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中,EISA总线完全兼容ISA总线信号。—-3.VESA总线—-VESA(video electronics standard association)总线是 1992 年由60 家附件卡制造商联合推出的一种局部总线,简称为VL(VESA local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连,通常把这部分总线称为CPU总线或主总线,其他设备通过VL总线与CPU总线相连,所以VL总线被称为局部总线。它定义了32 位数据线,且可通过扩展槽扩展到64 位,使用33MHz 时钟频率,最大传输率达132MB/s,可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线,可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。—-4.PCI总线—-PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一,它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32 位数据总线,且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小,其功能比VESA、ISA 有极大的改善,支持突发读写操作,最大传输速率可达132MB/s,可同时支持多组外围设备。PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)总线,但它不受制于处理器,是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。—-5.Compact PCI—-以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中,在计算机系统总线中,还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线,比如STD 总线、 VME 总线、PC/104 总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——Compact PCI。—-Compact PCI的意思是“坚实的PCI”,是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统,是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准,是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来,它利用PCI的优点,提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统,同时还考虑充分利用传统的总线产品,如ISA、STD、VME或PC/104 来扩充系统的I/O 和其他功能。三、外部总线—-1.RS-232-C总线—-RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232 为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25 条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道,在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、119600、19200波特。RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。—-2.RS-485总线—-在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32 台驱动器和32台接收器。—-3.IEEE-488总线—-上述两种外部总线是串行总线,而IEEE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488 总线用来连接系统,如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488 总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元,但总线上最多可连接15 台设备。最大传输距离为20 米,信号传输速度一般为500KB/s,最大传输速度为1MB/s。—-4.USB总线—通用串行总线USB(universal serial bus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7 家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术,实现外设的简单快速连接,达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源,而不

像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外,快速是USB技术的突出特点之一,USB的最高传输率可达12Mbps 比串口快100 倍,比并口快近10 倍,而且USB还能支持多媒体。