我是電腦初學(xué)者，這個(gè)問(wèn)題我不懂

熱心網(wǎng)友

CPU專用術(shù)語(yǔ)淺談投稿網(wǎng)友:胡啟翔Intel公司的X86序列CPU以及其它公司所生產(chǎn)的兼容產(chǎn)品,是目前世界上個(gè)人電腦中裝機(jī)最多的芯片。每當(dāng)各種媒體介紹或評(píng)價(jià)這類CPU時(shí),經(jīng)常會(huì)提到諸如“流水線”、“亂序執(zhí)行”和“分枝預(yù)測(cè)”等專業(yè)術(shù)語(yǔ),盡管不少朋友也知道這些都是CPU使用的先進(jìn)技術(shù),但畢竟比什么主頻、外頻等難理解多了。所以我就對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)在CPU特性表中的專業(yè)術(shù)語(yǔ)談?wù)勛约旱睦斫?以供其他電腦愛好者參考。1、IA一32&IA-64IA是英語(yǔ)“英特爾體系/IntelArchitecture”的縮寫。這是因?yàn)槟壳笆褂玫腃PU以Intel公司的X86序列產(chǎn)品為主,所以人們將Intel生產(chǎn)的CPU統(tǒng)稱為英特爾體系(IA)CPU。由于其它公司如AMD等公司生產(chǎn)的CPU基本上能在軟、硬件方面與Intel的CPU兼容,所以人們通常也將這部分CPU列入IA系列。由于目前使用的CPU,包括新推出的PentiumIII都還是32位的,所以又被列為IA-32。而IA-64就是Intel下一步將推出的64位CPU,但其物理結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理與目前的X86序列的IA-32CPU完全不同。2、CPU的位和字長(zhǎng)位:在數(shù)字電路和電腦技術(shù)中采用二進(jìn)制,代碼只有“0”和“1”,其中無(wú)論是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。字長(zhǎng):電腦技術(shù)中對(duì)CPU在單位時(shí)間內(nèi)(同一時(shí)間)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長(zhǎng)。所以能處理字長(zhǎng)為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時(shí)間內(nèi)處理字長(zhǎng)為32位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。字節(jié)和字長(zhǎng)的區(qū)別:由于常用的英文字符用8位二進(jìn)制就可以表示,所以通常就將8位稱為一個(gè)字節(jié)。字節(jié)的長(zhǎng)度是不固定的,對(duì)于不同的CPU、字長(zhǎng)的長(zhǎng)度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個(gè)宇節(jié),而32位的CPU一次就能處理4個(gè)宇節(jié),同理字長(zhǎng)為64位的CPU一次可以處理8個(gè)字節(jié)。3、CPU外頻CPU外頻也就是常見特性表中所列的CPU總線頻率,是由主板為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率,而CPU的工作主頻則按倍頻系數(shù)乘以外頻而來(lái)。在Pentium時(shí)代,CPU的外頻一般是60/66MHz,從PentiumII350開始,CPU外頻提高到1O0MHz。由于正常情況下CPU總線頻率和內(nèi)存總線頻率相同,所以當(dāng)CPU外頻提高后,與內(nèi)存之間的交換速度也相應(yīng)得到了提高,對(duì)提高電腦整體運(yùn)行速度影響較大。4、CPU主頻CPU主頻也叫工作頻率,是CPU內(nèi)核(整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算器)電路的實(shí)際運(yùn)行頻率。在486DX2CPU之前。CPU的主頻與外頻相等。從486DX2開始,基本上所有的CPU主頻都等于“外頻乘上倍頻系數(shù)”了。5、流水線技術(shù)流水線(pipeline)是InteI首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由5~6個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線,然后將一條X86指令分成5~6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行,這樣就能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令,因此提高CPU的運(yùn)算速度。由于486CPU只有一條流水線,通過(guò)流水線中取指令、譯碼、產(chǎn)生地址、執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)寫回五個(gè)電路單元分別同時(shí)執(zhí)行那些已經(jīng)分成五步的指令,因此實(shí)現(xiàn)了486CPU設(shè)計(jì)人員預(yù)期的在每個(gè)時(shí)鐘周期中完成一條指令的目的(按筆者看法,CPU實(shí)際上應(yīng)該是從第五個(gè)時(shí)鐘周期才達(dá)到每周期能完成一條指令的處理速度)。到了Pentium時(shí)代、設(shè)計(jì)人員在CPU中設(shè)置了兩條具有各自獨(dú)立電路單元的流水線,因此這樣CPU在工作時(shí)就可以通過(guò)這兩條流水線來(lái)同時(shí)執(zhí)行兩條指令,因此在理論上可以實(shí)現(xiàn)在每一個(gè)時(shí)鐘周期中完成兩條指令的目的。6、超流水線超流水線(superpiplined)是指某型CPU內(nèi)部的流水線超過(guò)通常的5~6步以上,例如Pentiumpro的流水線就長(zhǎng)達(dá)14步。將流水線設(shè)計(jì)的步(級(jí))數(shù)越多,其完成一條指令的速度越快,因此才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。這一點(diǎn)我們可以用日常事例來(lái)說(shuō)明,比如栽樹時(shí)由5個(gè)人同時(shí)栽10棵(一人兩棵)所完成的速度當(dāng)然沒(méi)有10人同時(shí)栽(一人一棵)所完成的速度快。7、超標(biāo)量技術(shù)超標(biāo)量(superscalar)是指在CPU中有一條以上的流水線,并且每時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令,這種設(shè)計(jì)就叫超標(biāo)量技術(shù)。8、亂序執(zhí)行技術(shù)亂序執(zhí)行(out-of-orderexecution)是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理的技術(shù)。比方說(shuō)程序某一段有7條指令,此時(shí)CPU將根據(jù)各單元電路的空鬧狀態(tài)和各指令能否提前執(zhí)行的具體情況分析后,將能提前執(zhí)行的指令立即發(fā)送給相應(yīng)電路執(zhí)行。當(dāng)然在各單元不按規(guī)定順序執(zhí)行完指令后還必須由相應(yīng)電路再將運(yùn)算結(jié)果重新按原來(lái)程序指定的指令順序排列后才能返回程序。這種將各條指令不按順序拆散后執(zhí)行的運(yùn)行方式就叫亂序執(zhí)行(也有叫錯(cuò)序執(zhí)行)技術(shù)。采用亂序執(zhí)行技術(shù)的目的是為了使CPU內(nèi)部電路滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)并相應(yīng)提高了CPU的運(yùn)行程序的速度。這好比請(qǐng)A、B、C三個(gè)名人為晚會(huì)題寫橫幅“春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)”六個(gè)大宇,每人各寫兩個(gè)字。如果這時(shí)在一張大紙上按順序由A寫好“春節(jié)”后再交給B寫“聯(lián)歡”,然后再由C寫“晚會(huì)”,那么這樣在A寫的時(shí)候、B和C必須等待、而在B寫的時(shí)候C仍然要等待而A已經(jīng)沒(méi)事了。但如果采用三個(gè)人分別用三張紙同時(shí)寫的做法,那么B和C都不必須等待就可以同時(shí)各寫各的了、甚至C和B還可以比A先寫好也沒(méi)關(guān)系(就象亂序執(zhí)行),但當(dāng)他們都寫完后就必須重新在橫幅上(自然可以由別人做,就象CPU中亂序執(zhí)行后的重新排列單元)按“春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)”的順序排好才能掛出去。9、分枝分枝(branch)是指程序運(yùn)行時(shí)需要改變的節(jié)點(diǎn)。分枝有無(wú)條件分枝和有條件分枝,其中無(wú)條件分枝只需要CPU按指令順序執(zhí)行,而條件分枝則必須根據(jù)處理結(jié)果再?zèng)Q定程序運(yùn)行方向是否改變。因此需要”分枝預(yù)測(cè)”技術(shù)處理的是條件分枝。10、分技預(yù)溯和推測(cè)執(zhí)行技術(shù)分枝預(yù)測(cè)(branchprediction)和推測(cè)執(zhí)行(speculatlonexecution)是CPU動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)中的主要內(nèi)容,動(dòng)態(tài)執(zhí)行是目前CPU主要采用的先進(jìn)技術(shù)之一。采用分枝預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)執(zhí)行的主要目的是為了提高CPU的運(yùn)算速度。推測(cè)執(zhí)行是依托于分枝預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上的,在分枝預(yù)測(cè)程序是否分枝后所進(jìn)行的處理也就是推測(cè)執(zhí)行。由于程序中的條件分枝是根據(jù)程序指令在流水線處理后結(jié)果再執(zhí)行的,所以當(dāng)CPU等待指令結(jié)果時(shí),流水線的前級(jí)電路也處于空閑狀態(tài)等待分枝指令,這樣必然出現(xiàn)時(shí)鐘周期的浪費(fèi)。如果CPU能在前條指令結(jié)果出來(lái)之前就能預(yù)測(cè)到分枝是否轉(zhuǎn)移、那么就可以提前執(zhí)行相應(yīng)的指令,這樣就避免了流水線的空閑等待、相應(yīng)也就提高了CPU的運(yùn)算速度。但另一方面一旦前指令結(jié)果出來(lái)后證明分技預(yù)測(cè)錯(cuò)誤,那么就必須將已經(jīng)裝人流水線執(zhí)行的指令和結(jié)果全部清除,然后再裝人正確指令重新處理,這樣就比不進(jìn)行分枝預(yù)測(cè)等待結(jié)果后再執(zhí)行新指令還慢了(所以IDT公的WINC6就沒(méi)有采用分枝預(yù)測(cè)技術(shù))。這就好象在外科手術(shù)中,一個(gè)熟練的護(hù)士可以根據(jù)手術(shù)進(jìn)展情況來(lái)判斷醫(yī)生的需要(象分枝預(yù)測(cè))提前將手術(shù)器械拿在手上(象推測(cè)執(zhí)行)然后按醫(yī)生要求遞給他,這樣可以避免等醫(yī)生說(shuō)出要什么,再由護(hù)士拿起遞給他(醫(yī)生)的等待時(shí)間。當(dāng)然如果護(hù)士判斷錯(cuò)誤,也必須要放下預(yù)先拿的器械再重新拿醫(yī)生需要的遞過(guò)去。盡管如此,只要護(hù)士經(jīng)驗(yàn)豐富,判斷準(zhǔn)確率高,那么當(dāng)然就可以提高手術(shù)進(jìn)行速度。因此我們可以看出,在以上推測(cè)執(zhí)行時(shí)的分枝預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性至關(guān)重要!所以通過(guò)InteI公司技術(shù)人員的努力,現(xiàn)在的Pentium和pentiumII系列CPU的分枝預(yù)測(cè)正確率分別達(dá)到了80%和90%,這樣雖然可能會(huì)有2O%和10%分枝預(yù)測(cè)錯(cuò)誤但平均以后的結(jié)果仍然可以提高CPU的運(yùn)算速度。11、指令特殊擴(kuò)展技術(shù)在介紹CPU性能中還經(jīng)常提到“擴(kuò)展指令”或“特殊擴(kuò)展”一說(shuō),這都是指該CPU是否具有對(duì)X86指令集進(jìn)行指令擴(kuò)展而言。擴(kuò)展指令中最早出現(xiàn)的是InteI公司自己的“MMX”,其次是AMD公司的“3DNow!”,最后是最近的PentiumIII中的“SSE”。 是英語(yǔ)“多媒體指令集”的縮寫。共有57條指令,是Intel公司第一次對(duì)自1985年就定型的X86指令集進(jìn)行的擴(kuò)展。MMX主要用于增強(qiáng)CPU對(duì)多媒體信息的處理,提高CPU處理3D圖形、視頻和音頻信息能力。但由于只對(duì)整數(shù)運(yùn)算進(jìn)行了優(yōu)化而沒(méi)有加強(qiáng)浮點(diǎn)方面的運(yùn)算能力。所以在3D圖形日趨廣泛,因特網(wǎng)3D網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用日趨增多的情況下,MMX已心有余而力不足了。3DNOW!:AMD公司開發(fā)的多媒體擴(kuò)展指令集,共有27條指令,針對(duì)MMX指令集沒(méi)有加強(qiáng)浮點(diǎn)處理能力的弱點(diǎn),重點(diǎn)提高了AMD公司K6系列CPU對(duì)3D圖形的處理能力,但由于指令有限,該指令集主要應(yīng)用于3D游戲,而對(duì)其他商業(yè)圖形應(yīng)用處理支持不足。 是英語(yǔ)“因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令序列擴(kuò)展/InternetStreamingSIMDExtensions”的縮寫。它是InteI公司首次應(yīng)用于最近才推出的PentiumIII中的。實(shí)際就是原來(lái)傳聞的MMX2以后來(lái)又叫KNI(KatmaiNewInstruction),Katmai實(shí)際上也就是現(xiàn)在的PentiumIII。SSE共有70條指令,不但涵括了原MMX和3DNow!指令集中的所有功能,而且特別加強(qiáng)了SIMD浮點(diǎn)處理能力,另外還專門針對(duì)目前因特網(wǎng)的日益發(fā)展,加強(qiáng)了CPU處理3D網(wǎng)頁(yè)和其它音、象信息技術(shù)處理的能力。CPU具有特殊擴(kuò)展指令集后還必須在應(yīng)用程序的相應(yīng)支持下才能發(fā)揮作用,因此,當(dāng)目前最先進(jìn)的PenthmIII450和PentiumII450運(yùn)行同樣沒(méi)有擴(kuò)展指令支持的應(yīng)用程序時(shí),它們之間的速度區(qū)別并不大。12、CPU的生產(chǎn)工藝技術(shù)我們常可以在CPU性能列表上看到“工藝技術(shù)”一項(xiàng),其中有“0。35um”或“0。25um”等,這些同樣是為了說(shuō)明CPU技術(shù)先進(jìn)程度。一般來(lái)說(shuō)“工藝技術(shù)”中的數(shù)據(jù)越小表明CPU生產(chǎn)技術(shù)越先進(jìn)。目前生產(chǎn)CPU主要采用CMOS技術(shù)。CMOS是英語(yǔ)“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”的縮寫。采用這種技術(shù)生產(chǎn)CPU時(shí)過(guò)程中采用“光刀”加工各種電路和元器件,并采用金屬鋁沉淀在硅材料上后用“光刀”刻成導(dǎo)線聯(lián)接各元器件。現(xiàn)在光刻的精度一般用微米(um)表示,精度越高表示生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。因?yàn)榫仍礁邉t可以在同樣體積上的硅材料上生產(chǎn)出更多的元件,所加工出的聯(lián)接線也越細(xì),這樣生產(chǎn)出的CPU工作主頻可以做得很高。正因?yàn)槿绱?在只能使用0。65um工藝時(shí)生產(chǎn)的第一代PentiumCPU的工作主頻只有60/66MHz,在隨后生產(chǎn)工藝逐漸發(fā)展到0。35um、0。25um時(shí)、所以也相應(yīng)生產(chǎn)出了工作主額高達(dá)266MHz的PentiumMMX和主頻高達(dá)500MHz的PentiumIICPU。由于目前科學(xué)技術(shù)的限制,現(xiàn)在的CPU生產(chǎn)工藝只能達(dá)到0。25um,因此Intel、AMD、Cyrix以及其它公司正在向0。18um和銅導(dǎo)線(用金屬銅沉淀在硅材料上代替原來(lái)的鋁)技術(shù)努力,估計(jì)只要生產(chǎn)工藝達(dá)到0。18um后生產(chǎn)出主頻為l000MHz的CPU就會(huì)是很平常的事了。對(duì)于以上這些常見CPU專業(yè)技術(shù),我以作為業(yè)余愛好者可以“只知其然而不必知其所以然”,因此只是一般性的介紹,至于對(duì)CPU技術(shù)比較感興趣的朋友可以另外參考有關(guān)專業(yè)性資料。