一、决定 CPU 性能技术指标
每个买 CPU
的消费者，第一时间要过问的就是它的性能，对于一个 CPU 来说，性能是否强大是它能否在市场上生存下去的第一要 素，那么 CPU
的性能是由哪些因素决定的咧？下面就列出影响 CPU 性能的主要技术指标：
1 、主频，也就是 CPU 的时钟频率，简单地说也就是 CPU
的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主 频越高， CPU 的速度也就越快了。不过由于各种 CPU
的内部结构也不尽相同，所以并不能完全用主频来概括 CPU 的性能。至于外频 就是系统总线的工作频率；而倍频则是指 CPU
外频与主频相差的倍数。用公式表示就是：主频 = 外频 × 倍频。 ;
2
、内存总线速度或者叫系统总线速度，一般等同于 CPU 的外频。内存总线的速度对整个系统性能来说很重要，由于内存速度的发 展滞后于
CPU 的发展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，所以出现了二级缓存，来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指 CPU 与 二级
(L2) 高速缓存和内存之间的工作频率。
3 、 L1
高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。在 CPU 里面内置了高速缓存可以提高 CPU 的运行效率。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。采用回写 (Write Back)
结构的高速缓存。它对读和写操作均有可提供缓存。而采用写通 (Write-through) 结构的高速缓存，仅对读操 作有效。在
486 以上的计算机中基本采用了回写式高速缓存。在目前流行的处理器中，奔腾 Ⅲ 和 Celeron 处理器拥有 32KB 的 L1
高速缓存，奔腾 4 为 8KB ，而 AMD 的 Duron 和 Athlon 处理器的 L1 高速缓存高达 128KB 。
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4 、 L2 高速缓存，指 CPU 第二层的高速缓存，第一个采用 L2
高速缓存的是奔腾 Pro 处理器，它的 L2 高速缓存和 CPU 运行在相同频率下的，但成本昂贵，市场生命很短，所以其后奔腾 II
的 L2 高速缓存运行在相当于 CPU 频率一半下的。接下来的 Celeron 处理器又使用了和 CPU 同速运行的 L2
高速缓存，现 在流行的 CPU, 无论是 AthlonXP 和奔腾 4 ，其 L2 高速缓存都是和 CPU
同速运行的。除了速度以外， L2 高速缓存容量也会 影响 CPU 的性能，原则是越大越好，现在家庭用 CPU 容量最大的是
512KB ，而服务器和工作站上用 CPU 的 L2 高速缓存更高达 1MB-3MB 。
5 、流水线技术、超标量。流水线 (pipeline) 是 Intel 首次在 486
芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在 CPU 中由 5~6 个不同功能的电路单
元组成一条指令处理流水线，然后将一条 X86 指令分成 5~6 步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个 CPU 时钟周期完
成一条指令，因此提高了 CPU 的运算速度。超流水线是指某型 CPU 内部的流水线超过通常的 5~6 步以上，例如奔腾 4
的流水线就长达 20 步。将流水线设计的步 ( 级 ) 数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的 CPU
。超标量 是指在一个时钟周期内 CPU 可以执行一条以上的指令。这在 486 或者以前的 CPU 上是很难想象的，只有奔腾级以上
CPU 才具有这 种超标量结构；这是因为现代的 CPU 越来越多的采用了 RISC 技术，所以才会有超标量的 CPU 。
6 、协处理器或者叫数学协处理器。在 486 以前的 CPU
里面，是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能就是负责浮点运算， 因此 386 、 286 、 8088 等等微机 CPU
的浮点运算性能都相当落后，自从 486 以后， CPU 一般都内置了协处理器，协处理器 的功能也不再局限于增强浮点运算。现在 CPU
的浮点单元（协处理器）往往对多媒体指令进行了优化。比如 Intel 的 MMX 技术， MMX 是 “ 多媒体扩展指令集 ”
的缩写。 MMX 是 Intel 公司在 1996 年为增强奔腾 CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术。为 CPU
新增加 57 条 MMX 指令，把处理多媒体的能力提高了 60 ％左右。现在 的 CPU
已经普遍内置了这些多媒体指令集，例如现在奔腾 4 内置了 SSE2 指令集，而 AthlonXP 则内置增强型的 3DNow!
指令集。
7 、工作电压。工作电压指的也就是 CPU 正常工作所需的电压。早期
CPU （ 386 、 486 ）由于工艺落后，它们的工作电压一 般为 5V （奔腾等是 3.5V/3.3V/2.8V 等），随着
CPU 的制造工艺与主频的提高， CPU 的工作电压有逐步下降的趋势， Intel 最新出品的 Tualatin 核心
Celeron 已经采用 1.475V 的工作电压了。低电压能解决耗电过大和发热过高的 问题。这对于笔记本电脑尤其重要。
8 、乱序执行和分枝预测，乱序执行是指 CPU
采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。
分枝是指程序运行时需要改变的节点。分枝有无条件分枝和有条件分枝，其中无条件分枝只需要 CPU 按指令顺序执行，而条件分枝则必
须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变，因此需要 “ 分枝预测 ” 技术处理的是条件分枝。
9 、制造工艺，制造工艺虽然不会直接影响 CPU 的性能，但它可以可以极大地影响 CPU
的集成度和工作频率，制造工艺越精细， CPU 可以达到的频率越高，集成的晶体管就可以更多。第一代奔腾 CPU 的制造工艺是 0.35
微米， 最高达到 266Mhz 的频率， PII 和赛扬是 0.25 微米，频率最高达到 450Mhz 。铜矿核心的奔腾 Ⅲ
制造工艺缩小到了 0.1 8 微米，最高频率达到 1.13Ghz 。最新 Northwood 核心的奔腾 4 CPU 制造工艺达到
0.13 微米，目前频率已经达到 2.4Ghz ，估计达到 3Ghz 也没有问题。在明年， Intel CPU 的制造工艺会达到
0.09 毫米 。
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