工控機CPU的主要性能指標_煜鼎工控

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工控機CPU的主要性能指標

  1. 工控機CPU的位與字長(cháng)

在計算機技術(shù)中,數據和指令都是采用二進(jìn)制代碼,也就是只有“0”和“1”。其中無(wú)論是“0”還是“1",在CPU中都是一位。

對CPU在單位時(shí)間內(同一時(shí)間)能夠一次處理的二進(jìn)制的位數,我們稱(chēng)為字長(cháng)。所以,能處理字長(cháng)為16位數據的CPU通常就稱(chēng)16位CPU,同樣地,32位的CPU能在單位時(shí)間內處理字長(cháng)為犯位的二進(jìn)制數據。

在二進(jìn)制中,我們將8位稱(chēng)為一個(gè)字節,字節的長(cháng)度是不變的,而二進(jìn)制數的位數則是不固定的,即字長(cháng)的長(cháng)度是不固定的。對于不同的CPU,能一次處理的字長(cháng)的長(cháng)度也不同。16位的CPU一次只能處理2個(gè)字節,而犯位的CPU一次能處理4個(gè)字節,至于64位CPU,一次可以處理的字節達到8個(gè)。

2.工控機CPU的主頻

工控機CPU主頻也叫時(shí)鐘頻率,單位是MHz,用來(lái)表示工控機CPU的運算速度。工控機CPU的主頻=外頻x倍頻系數。很多人認為CPU的主頻指的是工控機CPU運行的速度,實(shí)際上這個(gè)認識是很片面的。工控機CPU的主頻表示在工控機CPU內數字脈沖信號振蕩的速度,與CPU實(shí)際的運算能力是沒(méi)有直接關(guān)系的。當然,主頻和實(shí)際的運算速度是有關(guān)的,但是目前還沒(méi)有一個(gè)確定的公式能夠表示兩者之間的數值關(guān)系,而且工控機CPU的運算速度還要看CPU的流水線(xiàn)的各方面的性能指標。由于主頻并不直接代表運算速度,所以在一定情況下,很可能會(huì )出現主頻較高的工控機CPU實(shí)際運算速度較低的現象。因此主頻僅僅是工控機CPU性能表現的一個(gè)方面,而不代表CPU的整體性能。

3.工控機CPU的外頻

外頻是工控機CPU的基準頻率,單位也是MHz。外頻是工控機CPU與主板之間同步運行的速度,而且目前的絕大部分計算機系統中外頻也是內存與主板之間的同步運行的速度,在這種方式下,可以理解為工控機CPU的外頻直接與內存相連通,實(shí)現兩者間的同步運行狀態(tài)。

4.前端總線(xiàn)(FSB)頻率

前端總線(xiàn)(F SB)頻率(即總線(xiàn)頻率)是直接影響CPu與內存直接交換數據的速度。數據傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸的數據的寬度和傳輸頻率,即數據帶寬=(總線(xiàn)頻率、數據帶寬卜8。外頻與前端總線(xiàn)(F SB)頻率的區別:前端總線(xiàn)的速度指的是數據傳輸的速度,外頻是工控機CPU與工控主板之間同步運行的速度。也就是說(shuō),100 MHz外頻特指數字脈沖信號在每秒鐘振蕩一千萬(wàn)次;而100 MHz前端總線(xiàn)指的是每秒鐘工控機CPU可接收的數據傳輸量是100 MHzx 64b二(sb/B)=800 MB/s。

5.工控機CPU的倍頻系數

倍頻系數是指工控機CPU主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下,倍頻越高工控機CPU的頻率也越高。但實(shí)際上,在相同外頻的前提下,高倍頻的工控機CPU本身意義并不大。這是因為工控機CPU與系統之間的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(huì )出現明顯的“瓶頸”效應——工控機CPU從系統中得到數據的極限速度不能夠滿(mǎn)足工控機CPU運算的速度。

6.工控機CPU的緩存

由于工控機CPU的速度越來(lái)越快,與速度較低的動(dòng)態(tài)存儲器DRAM配合工作時(shí)往往需要插入等待狀態(tài),這樣就難以發(fā)揮出工控機CPU的優(yōu)越性能。為了解決這一問(wèn)題,可以在傳輸過(guò)程中放置一高速的靜態(tài)存儲器(S RAM),存儲CPu經(jīng)常使用的數據和指令,這樣可以大大提高數據傳輸速度,這就是緩存,又分一級緩存和二級緩存。

(1)一級緩存(L1 Cache)又稱(chēng)內部緩存或片內緩存,集成在工控機CPU內部,用于工控機CPU在處理數據過(guò)程中數據的暫時(shí)保存。L1 Cache的速度一般與工控機CPU內核速度相同,是所有Cache中最快的。L1 Cache的容量越大,存儲信息就越多,可減少工控機CPU與內存之間數據交換的次數,提高CPU的運算效率。但因高速緩沖存儲器均由靜態(tài)RAM組成,結構較復雜,在有限的工控機CPU芯片面積上,L1 Cache的容量不可能做得太大,一般通常為32KB一256 KB。

(2)二級緩存(L2 cache)是工控機CPU的第二層高速緩存,分內部和外部?jì)煞N芯片。內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只有主頻的一半。LZ高速緩存容量也會(huì )影響CPU的性能,原則是越大越好,現在家用CPU容量最大的是2MB,而服務(wù)器工作站所用CPU的L2高速緩存更高達1 MB-3 MB。

(3)二級緩存(L3 cache)三級緩存是為讀取二級緩存后未命中的數據設計的—種緩存,在擁有三級緩存的CPU中,只有約5%的數據需要從內存中調用,這進(jìn)一步提高了CPU的效率。其運作原理在于使用較快速的儲存裝置保留一份從慢速儲存裝置中所讀取數據且進(jìn)行拷貝,當有需要再從較慢的儲存體中讀寫(xiě)數據時(shí),緩存(cache)能夠使得讀寫(xiě)的動(dòng)作先在快速的裝置上完成,如此會(huì )使系統的響應較為快速。工控機CPU在讀取數據時(shí),先在L1 cache中尋找,再從L2 cache尋找,然后是內存,最后是外存儲器。

7. 工控機CPU的擴展指令集

CPU擴展指令集指的是CPU增加的多媒體或者是3D處理指令,這些擴展指令可以提高CPU處理多媒體和3D圖形的能力。著(zhù)名的有MMX(多媒體擴展指令)、SSE(因特網(wǎng)數據流單指令擴展)和3DNow!指令集。

8. 工控機CPU的內核和I/O工作電壓

從Pentium開(kāi)始,CPU的工作電壓分為內核電壓和I/O電壓兩種。其中內核電壓的大小是根據CPU的生產(chǎn)工藝而定,一般制作工藝越小,內核工作電壓越低;I/O電壓一般都在1.6V-3V。低電壓能解決耗電過(guò)大和發(fā)熱過(guò)高的問(wèn)題。

9. 工控機CPU的工作電壓

工作電壓指CPU正常工作所需的電壓,高CPU的穩定性能,但會(huì )增加CPU的發(fā)熱,提高工作電壓,可以增強CPU內部信號,提CPU溫度升高將改變CPU的介質(zhì)性質(zhì),降低CPU的壽命。早期CPU工作電壓為SV,隨著(zhù)制造工藝與主頻的提高,CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢,以降低CPU的發(fā)熱和解決耗電過(guò)大的問(wèn)題。

10.工控機CPU的制造工藝

制造工藝是指在硅材料上生產(chǎn)CPU時(shí)內部各元器材的連接線(xiàn)寬度,一般用納米(nm)表示。納米值越小,制作工藝越先進(jìn),CPU可以達到的頻率越高,集成的晶體管就可以更多。目前Intel的酷睿系列都已經(jīng)達到了14nm的制造工藝,目前最先進(jìn)的CPU如AMD銳龍系列已經(jīng)達到7nm的制造工藝。


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