CPU性能指标与系统性能的关系及优化方法

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：CPU性能的高低直接决定了一个计算机系统的性能，而CPU的主要技术参数可以反映出CPU的基本性能。目前CPU的主频已达到GHz数量级。CPU的工作是周期性的，它不断地执行取指令、执行指令等操作。由于各种CPU的内部结构不尽相同，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，如果增大缓存的容量，即可大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而无需到内存或硬盘上寻找，以此提高系统的性能。

CPU性能的高低直接决定了一个计算机系统的性能，而CPU的主要技术参数可以反映出CPU的基本性能。CPU的主要技术参数如下：

（1）字长

字长指的是CPU能够同时处理的二进制数据的位数。如果一个CPU的字长为8位，那么它每执行一条指令可以处理8位二进制数据，如果要处理更多位数的数据，就需要执行多条指令。显然，字长越长，CPU的功能就越强，工作速度也越快，但其内部结构也就越复杂。早期的微机产品是8位机和16位机，目前流行的主要是64位机。

（2）主频

主频即CPU工作的时钟频率，它决定着CPU内部数据传输与操作速度的快慢。目前CPU的主频已达到GHz数量级。CPU的工作是周期性的，它不断地执行取指令、执行指令等操作。这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工作，因此CPU需要一个时钟电路产生标准节拍，一旦机器加电，时钟便连续不断地发出节拍，就像乐队的指挥一样指挥着CPU有节奏地工作，这个节拍的频率就是主频。一般说来，主频越高，CPU的工作速度越快。由于各种CPU的内部结构不尽相同，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。至于外频，它是指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。主频、外频和倍频三者之间的关系是：主频＝外频×倍频。

（3）CPU总线宽度(www.chuimin.cn)

CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU与内存之间传输数据的快慢，数据线宽度越宽，一次性传输的信息量就越大，CPU访问内存的时间就越短。

（4）高速缓存

高速缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大。CPU内的缓存一般和处理器同频运作，其工作速度远远大于内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，如果增大缓存的容量，即可大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而无需到内存或硬盘上寻找，以此提高系统的性能。但从CPU芯片的面积和成本因素来考虑，缓存的容量一般都很小。

（5）CPU扩展指令集

CPU依靠指令来计算和控制系统。早期的CPU只包含一些功能比较弱的基本指令，例如对浮点数的计算需要执行由更多基本指令组成的程序。随着制造技术的进步，后来的CPU在基本指令集里提供了很多执行复杂运算的指令，指令的种类增加了，CPU的处理能力也就相应增强了。

CPU性能指标与系统性能的关系及优化方法

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