随便忽悠一下(有人忽悠我)

1.电源频率

主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运行速度。CPU主频=外部频率倍频系数。很多人认为主频决定CPU的运行速度，这不仅是片面的，对于服务器来说也是一种偏差。到目前为止，还没有一个确定的公式可以实现主频与实际计算速度之间的数值关系。甚至两大处理器厂商Intel和AMD在这一点上也有很大的争议。从英特尔产品的发展趋势可以看出，英特尔非常重视加强自身主频的发展。和其他处理器厂商一样，以前也有人比较快1G的华美达，运行效率相当于2G的Intel处理器。

所以CPU的主频和CPU的实际计算能力没有直接关系。主频表示CPU中数字脉冲信号振荡的速度。在英特尔的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子：1 GHz的安腾芯片几乎可以和2.66 GHz的至强/骁龙一样快，或者说1.5 GHz的安腾2大约和4 GHz的至强/骁龙一样快。CPU的运行速度取决于CPU流水线各方面的性能指标。

当然主频和实际运算速度有关。只能说主频只是CPU性能的一个方面，并不代表CPU的整体性能。

2.外部频率

外部频率是CPU的参考频率，单位也是MHz。CPU的外接频率决定了整个主板的运行速度。说白了，在台式电脑中，超频就是CPU的外频(当然一般来说，CPU的倍频是锁定的)。我相信这个很好理解。但是对于服务器CPU来说，超频是绝对不允许的。前面说过，CPU决定主板的运行速度，两者同步运行。如果服务器CPU超频，改变外部频率，就会异步运行。(很多台式电脑的主板都支持异步运行。)这会造成整个服务器系统的不稳定。

目前大部分电脑系统中的外接频率也是内存和主板同步运行的速度。这样就可以理解为CPU的外部频率直接与内存相连，实现两者的同步运行。外部频率和FSB频率很容易混淆。下面前端总线为我们介绍一下两者的区别。

3.FSB频率

前端总线(FSB)频率(即总线频率)直接影响CPU与内存直接数据交换的速度。有一个公式可以算出来，就是数据带宽=(总线频率数据带宽)/8。数据传输的最大带宽取决于同时传输的所有数据的宽度和传输频率。比如现在的Xeon Nocona支持64位，它的前端总线是800MHz。根据公式，其数据传输的最大带宽为6.4GB/s。

外频和FSB频率的区别：FSB的速度是指数据传输的速度，外频是指CPU和主板同步运行的速度。换句话说，100MHz的外部频率意味着数字脉冲信号每秒振荡1000万次；100MHz前端总线是指CPU每秒可接受的数据传输能力为100mhz 64bit 8byte/bit=800mb/s。

实际上，“HyperTransport”架构的出现改变了FSB的实际频率。我们之前知道，IA-32架构必须有三个重要的组件：内存控制器中枢(MCH)、I/O控制器中枢和PCI中枢，比如英特尔的典型芯片组Intel 7501和Intel7505，它们是为双至强处理器量身定制的。其中包含的MCH为CPU提供了533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线的带宽可以达到4.3GB/s，但是随着处理器性能的不断提升，给系统架构带来了很多问题。“HyperTransport”架构不仅解决了问题，还更有效地提高了总线带宽。比如AMD Opteron处理器，灵活的HyperTransport I/O总线架构使其集成了内存控制器，使得处理器可以直接与内存交换数据，而不需要通过系统总线发送到芯片组。这样一来，AMD皓龙处理器中FSB的频率就不知道从何说起了。

4.CPU的位和字长

位：在数字电路和计算机技术中，采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中“0”或“1”在CPU中均为一位。

字长：在计算机技术中，CPU在单位时间内(同一时刻)一次能处理的二进制数的位数称为字长。因此，能够处理字长为8位的数据的CPU通常称为8位CPU。类似地，32位CPU可以在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。以及字节长度和字长的区别：由于常见的英文字符可以用8位二进制表示，所以8位通常称为一个字节。一个字的长度不是固定的，对于不同的CPU，这个字的长度是不一样的。8位CPU一次只能处理一个字节，而32位CPU一次可以处理四个字节。类似地，64位CPU一次可以处理8个字节。

5.倍频系数

倍频系数是指CPU的主频率与外部频率的相对比例关系。在外部频率相同的情况下，倍频越高，CPU频率越高。但实际上，在外部频率相同的前提下，高倍频的CPU本身意义不大。这是因为CPU与系统之间的数据传输速度是有限的，一味追求高倍频来获取高频的CPU会产生明显的“瓶颈”效应——CPU从系统获取数据的极限速度无法满足CPU的运算速度。一般英特尔的CPU除了工程版，倍频器都是锁定的，而AMD之前没有锁定过。

6.隐藏物

缓存大小也是CPU的重要指标之一，缓存的结构和大小对CPU速度影响很大。CPU中缓存的运行频率极高，通常与处理器同频运行，因此工作效率远大于系统内存和硬盘。实际中，CPU经常需要重复读取同一个数据块，缓存容量的增加可以大大提高CPU中读取数据的命中率，而不是在内存或硬盘中搜索，从而提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的原因，缓存很小。

L1缓存(一级缓存)是CPU的第一级缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置L1缓存的容量和结构对CPU的性能有很大影响。但是，高速缓冲存储器全部由静态RAM组成，结构复杂。因此，如果CPU芯片面积不太大，L1缓存的容量就不能太大。一般来说，服务器CPU的L1缓存容量通常为32-256kb。

L2缓存(二级缓存)是CPU的二级缓存，分为内部和外部芯片。内部芯片L2缓存运行速度与主频相同，而外部L2缓存只有主频的一半。L2缓存容量也会影响CPU的性能。原则是越大越好。目前家用CPU最大容量为512KB，而服务器和工作站的L2缓存高达256-1MB，有的高达2MB或3MB。

L3 (Level L3 Cache)，分为两种。早期的都是外在的，现在都是内在的。其实际作用是L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，提高处理器在大数据计算中的性能。降低内存延迟，提高大数据量的计算能力，对游戏很有帮助。但是，在服务器领域添加L3缓存仍然可以显著提高性能。例如，具有大型L3缓存的配置可以更有效地使用物理内存，因此它可以比较慢的磁盘I/O子系统处理更多的数据请求。具有更大L3缓存的处理器提供了更高效的文件系统缓存行为以及更短的消息和处理器队列长度。

其实最早的L3缓存应用在AMD发布的K6-III处理器上。当时L3缓存受制造工艺限制，没有集成到芯片中，而是在主板上。L3缓存，只能和系统总线频率同步，和主存区别不大。后来，英特尔为服务器市场推出的安腾处理器被用于L3缓存。然后是P4EE和至强MP。英特尔还计划在未来推出9MB三级高速缓存的Itanium2处理器和24MB三级高速缓存的双核Itanium2处理器。

但是基本上L3缓存对于处理器的性能提升并不是很重要。比如配备1MB三级缓存的至强MP处理器仍然不是骁龙的对手，所以可以看出前端总线的增加会比缓存的增加带来更有效的性能提升。

7.CPU扩展指令集

CPU依靠指令来计算和控制系统。每个CPU都设计有一系列与其硬件电路相匹配的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率最有效的工具之一。从目前的主流架构来看，指令集可以分为两部分：复杂指令集和简化指令集。从具体应用来看，如英特尔的MMX(多媒体扩展)、SSE、SSE 2(流-单指令多数据-扩展2)、SEE3和AMD的3DNow！都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU和互联网的多媒体、图形、图像的处理能力。我们通常称CPU的扩展指令集为‘CPU指令集’。SSE3指令集也是目前最小的指令集。以前，MMX包含57个命令，SSE包含50个命令，SSE2包含144个命令，SSE3包含13个命令。目前SSE3也是最先进的指令集。英特尔Prescott处理器已经支持SSE3指令集。AMD将在未来的双核处理器中加入对SSE3指令集的支持，全美达处理器也将支持该指令集。

8.CPU内核和I/O工作电压

从586CPU开始，CPU的工作电压可以分为核心电压和I/O电压。通常，CPU的核心电压小于或等于I/O电压。核心电压由CPU的生产工艺决定。一般生产工艺越小，磁芯的工作电压越低。I/O电压一般为1.6~5V。低电压可以解决功耗过大和发热量过大的问题。

9.制造工艺

制造微米指的是IC中电路之间的距离。制造业的趋势是向更高的密度发展。IC电路设计密度越高，意味着同样尺寸和面积的IC可以拥有更高的密度和更复杂的功能。目前主要有180nm，130nm，90nm。最近官方已经表示有65nm的制造工艺。

10.指令组

(1)CISC指令集

CISC指令集又称复杂指令集，被称为CISC(Complex Instruction Set Computer的缩写)。在CISC微处理器中，程序的每个指令都是按顺序执行的，每个指令中的每个操作也是按顺序执行的。顺序执行的优点是容易控制，但计算机各部分利用率不高，执行速度慢。其实就是Intel生产的x86系列(也就是IA-32架构)CPU以及与其兼容的CPU，比如AMD、VIA。甚至新的X86-64(也称为AMD64)也属于CISC。

要知道什么是指令集，要从今天的X86 CPU说起。X86指令集由英特尔提供。