Me gustaría preguntar, ¿de dónde vienen el FSB, la frecuencia principal y el multiplicador? ¿Qué hardware representan?

La CPU es el núcleo de la PC. En el siguiente artículo, hablaremos sobre varios parámetros de rendimiento relacionados con la CPU para brindar a los lectores una comprensión integral de la CPU y ayudarlos a profundizar su comprensión de las PC.

1. Estructura interna y principio de funcionamiento de la CPU

CPU es la abreviatura de unidad central de procesamiento y consta de una unidad aritmética y un controlador. La estructura interna de la CPU se puede dividir en tres partes: unidad de control, unidad lógica y unidad de almacenamiento. El principio de funcionamiento de la CPU es como el proceso de procesamiento de productos de una fábrica: las materias primas (instrucciones) que ingresan a la fábrica son enviadas por el departamento de distribución de materiales (unidad de control), enviadas a la línea de producción (unidad de operación lógica) y la los productos terminados (datos procesados) se producen y almacenan en el almacén (memoria) y finalmente esperan a ser comercializados (entregados a la aplicación).

Parámetros técnicos relevantes del 2.2. Unidad central de procesamiento

(1) Frecuencia principal

La frecuencia principal también se denomina frecuencia de reloj y la unidad es MHz, que se utiliza para indicar la velocidad de funcionamiento de la CPU. Frecuencia principal de la CPU = frecuencia externa × factor de multiplicación de frecuencia. Mucha gente piensa que la velocidad del reloj de la CPU se refiere a la velocidad de funcionamiento de la CPU, pero en realidad esta comprensión es muy unilateral. La frecuencia principal de la CPU indica la velocidad de oscilación de la señal de pulso digital en la CPU y no tiene relación directa con la potencia informática real de la CPU. Por supuesto, la frecuencia principal está relacionada con la velocidad de ejecución real, pero actualmente no existe una fórmula definida para realizar la relación numérica entre los dos. La velocidad de ejecución de la CPU depende de los indicadores de rendimiento de la canalización de la CPU. Debido a que la frecuencia principal no representa directamente la velocidad de ejecución, en algunos casos, es probable que cuanto mayor sea la frecuencia principal, menor será la velocidad de ejecución real de la CPU. Por lo tanto, la frecuencia principal es sólo un aspecto del rendimiento de la CPU y no representa el rendimiento general de la CPU.

(2) Frecuencia externa

La frecuencia externa es la frecuencia de referencia de la CPU y la unidad es MHz. El FSB es la velocidad a la que la CPU y la placa base funcionan simultáneamente. También es la velocidad a la que la memoria y la placa base funcionan simultáneamente en la mayoría de los sistemas informáticos. De esta forma, se puede entender que la frecuencia externa de la CPU está conectada directamente a la memoria para lograr el funcionamiento sincrónico de las dos. Es fácil confundir los relojes externos y los relojes del bus frontal (FSB). A continuación, el autobús frontal nos presentará la diferencia entre los dos.

(3) Frecuencia del bus frontal

La frecuencia del bus frontal (FSB) afecta directamente la velocidad del intercambio directo de datos entre la CPU y la memoria. Porque el ancho de banda máximo de transmisión de datos depende del ancho y la frecuencia de transmisión de todos los datos transmitidos simultáneamente, es decir, ancho de banda de datos = (frecuencia del bus × ancho de banda de datos)/8. La diferencia entre las frecuencias FSB y FSB: la velocidad del FSB se refiere a la velocidad de transmisión de datos y el FSB se refiere a la velocidad de funcionamiento sincrónico de la CPU y la placa base. En otras palabras, la frecuencia externa de 100MHz significa que la señal de pulso digital oscila 10 millones de veces por segundo; el bus frontal de 100MHz significa que la capacidad de transmisión de datos aceptable de la CPU por segundo es 100 MHz × 64 bits÷8 bytes/. bits = 800 MB/s.

(4) Factor de multiplicación

El factor de multiplicación se refiere a la relación proporcional relativa entre la frecuencia principal de la CPU y la frecuencia externa. Cuando la frecuencia externa es la misma, cuanto mayor sea el multiplicador, mayor será la frecuencia de la CPU. Pero, de hecho, bajo la premisa de la misma frecuencia externa, una CPU con un alto multiplicador en sí misma tiene poca importancia. Esto se debe a que la velocidad de transmisión de datos entre la CPU y el sistema es limitada. La búsqueda ciega de multiplicadores altos para obtener CPU de alta frecuencia tendrá un efecto de "cuello de botella" obvio: la velocidad máxima a la que la CPU obtiene datos del sistema no puede alcanzar la velocidad máxima a la que la CPU obtiene datos del sistema. velocidad de la CPU.

(5) Caché

Caché se refiere a la memoria que puede intercambiar datos a alta velocidad. Intercambia datos con la CPU antes que con la memoria, por lo que es muy rápido. L1Cache es el caché de primera capa de la CPU. La capacidad y estructura de la caché L1 incorporada tienen un gran impacto en el rendimiento de la CPU. Sin embargo, las memorias caché están compuestas de RAM estática y tienen estructuras complejas. Cuando el área de la CPU no puede ser demasiado grande, la capacidad de la caché L1 no puede ser demasiado grande. La capacidad general de la caché L1 suele ser de 32 ~ 256 KB.

L2Cache es el caché de segundo nivel de la CPU, que se divide en chips internos y externos. La caché L2 interna en el chip especifica la velocidad de funcionamiento y la velocidad del reloj, mientras que la caché L2 externa es solo la mitad de la velocidad del reloj. La capacidad de la caché L2 también afecta el rendimiento de la CPU. El principio es que cuanto mayor sea la CPU, mejor. En la actualidad, la mayor capacidad de CPU nacional es de 512 KB, y la caché L2 de la CPU utilizada por servidores y estaciones de trabajo alcanza entre 1 MB y 3 MB.

(6)Conjunto de instrucciones extendidas de la CPU

El conjunto de instrucciones extendidas de la CPU se refiere a instrucciones de procesamiento multimedia o 3D agregadas a la CPU, que pueden mejorar la capacidad de la CPU para procesar gráficos multimedia y 3D. ¡Los famosos son MMX (Extensiones multimedia), SSE (Extensiones de transmisión por Internet) y 3DNow! Grupo de instrucciones

(7)Núcleo de CPU y voltaje de funcionamiento de E/S

A partir de la 586CPU, el voltaje de funcionamiento de la CPU se divide en voltaje de núcleo y voltaje de E/S. Entre ellos, el tamaño del voltaje del núcleo depende del proceso de producción de la CPU. Generalmente, cuanto más pequeño es el proceso de producción, menor es el voltaje de funcionamiento del núcleo. El voltaje de E/S es generalmente de 1,6 ~ 3 V. El bajo voltaje puede resolver los problemas de consumo excesivo de energía y generación excesiva de calor.

(8) Proceso de fabricación

Se refiere al ancho de las líneas de conexión de los componentes internos cuando se produce CPU en material de silicio, generalmente expresado en micras. Cuanto menor sea el valor de las micras, más avanzado será el proceso de fabricación, mayor será la frecuencia que podrá alcanzar la CPU y más transistores se podrán integrar. Actualmente, tanto Intel P4 como AMD XP han alcanzado el proceso de fabricación de 0,13 micras, y alcanzarán el proceso de fabricación de 0,09 micras el próximo año.

De lo anterior conocemos la estructura lógica y algunos parámetros técnicos básicos de la CPU. Este artículo continuará comprendiendo de manera integral los parámetros técnicos relevantes que afectan el rendimiento de la CPU.

La imagen de arriba muestra varios parámetros de una CPU obtenidos al probar la CPU usando WCPUID. Podemos ver la información sobre esta CPU:

La primera parte es el tipo de procesador, donde el procesador es CPU AMD Athlon XP la plataforma (paquete) es Scoket 462 pines la cadena del fabricante (fabricante); Es AMD; la familia, el modelo y el ID de paso forman un número de serie que se puede utilizar para identificar el modelo de CPU. La cadena de nombre es CPU de la serie Athlon de AMD.

La segunda parte es el parámetro de frecuencia del procesador. El reloj interno es la frecuencia principal de la CPU. Se puede ver que la frecuencia principal de esta CPU es 2280,30 MHz, que es 2,2 G. El bus del sistema es el bus frontal. La frecuencia externa de esta CPU es de 350MHz, que no es un bus frontal estándar, por lo que es una CPU que excede la frecuencia externa. El reloj del sistema es la frecuencia externa, es decir, 175 MHz, que es la frecuencia externa de la CPU, el multiplicador es el multiplicador de frecuencia y el multiplicador de frecuencia de esta CPU es 13.

La tercera parte es la caché del procesador. l 1I-cache: l 1I-cache, esta CPU es 64K l 1d-cache: l 1d-cache, también 64K caché L2: caché L2, el caché L2 de esta CPU alcanza 512K; La misma frecuencia que la CPU.

La cuarta parte es el conjunto de instrucciones extendidas multimedia soportadas por el procesador. ¡Puede ver que los conjuntos de instrucciones admitidos por esta CPU son MMX, MMX, SSE y 3DNOW! ,3¡AHORA! , pero no admite instrucciones SSE2.

1. Conjunto de instrucciones

(1) Conjunto de instrucciones X86 Para saber qué es un conjunto de instrucciones, debemos comenzar con la CPU de arquitectura X86 actual. El conjunto de instrucciones X86 fue desarrollado por Intel específicamente para su primera CPU de 16 bits (i8086). La CPU I 8088 (una versión simplificada del I 8086) del primer PC del mundo lanzado por IBM en 1981 0 también utiliza instrucciones X86. Al mismo tiempo, el coprocesador matemático de la serie de chips X87 agregado a la computadora para mejorar las capacidades de procesamiento de datos de punto flotante también utiliza instrucciones X87.

Aunque con el desarrollo continuo de la tecnología de CPU, Intel ha desarrollado sucesivamente las nuevas series i80386, i80486 y Pentiumⅲⅲ (en adelante, Pⅲ), pero para garantizar que la computadora pueda continuar ejecutando varias aplicaciones desarrolladas en el pasado, para Para proteger y heredar los ricos recursos de software, todas las CPU producidas por Intel todavía usan el conjunto de instrucciones X86, por lo que sus CPU todavía pertenecen a la serie X86. Debido a que la serie Intel X86 y sus CPU compatibles utilizan el conjunto de instrucciones X86, se ha formado la enorme línea actual de series X86 y CPU compatibles.

(2) Conjunto de instrucciones RISC El conjunto de instrucciones RISC es la dirección de desarrollo de las CPU de alto rendimiento en el futuro. Es lo opuesto al CISC (conjunto de instrucciones complejas) tradicional. Por el contrario, RISC tiene un formato de instrucción unificado, menos tipos y menos modos de direccionamiento que los conjuntos de instrucciones complejos. Por supuesto, la velocidad de procesamiento es mucho mayor. Además, el conjunto de instrucciones RISC también es compatible con el conjunto de instrucciones X86 original.

2. Longitud de la palabra

En tecnología informática, el número de dígitos binarios que la CPU puede procesar a la vez por unidad de tiempo (simultáneamente) se denomina longitud de la palabra. Por lo tanto, una CPU que puede manejar datos con una longitud de palabra de 8 bits a menudo se denomina CPU de 8 bits. De manera similar, una CPU de 32 bits puede procesar datos binarios de 32 bits por unidad de tiempo. Las CPU actuales son todas de 32 bits, pero la longitud óptima de palabra es una tendencia en el desarrollo de CPU. AMD lanzará una CPU Atlon64 de 64 bits en el futuro. En el futuro, inevitablemente dominarán las CPU de 64 bits.

3.Arquitectura IA-32 e IA-64

IA es la abreviatura de Arquitectura Intel o IA-64 se refiere a la longitud de palabra que se ajusta a la arquitectura Intel. y son CPU de 32 o 64 bits, y las CPU producidas por otras empresas que son compatibles con los productos Intel también se incluyen en esta categoría. Todas las CPU de la serie X86 actualmente en el mercado todavía pertenecen a la arquitectura IA-32. El próximo Athlon64 de AMD es una CPU con arquitectura IA-64.

4. Pipes y Super Pipes

El pipeline fue utilizado por primera vez por Intel en el chip 486. La línea de montaje funciona como una línea de montaje en la producción industrial. En la CPU, una canalización de procesamiento de instrucciones se compone de 5 a 6 unidades de circuito con diferentes funciones, y luego una instrucción X86 se divide en 5 a 6 pasos, que son ejecutados por estas unidades de circuito respectivamente, de modo que una instrucción se pueda completar dentro de un ciclo de reloj de la CPU, mejorando así la velocidad de ejecución de la CPU. Superdisciplina significa que el canal interno de una CPU excede los habituales 5 a 6 pasos. Por ejemplo, el canal del Pentium Pro tiene hasta 14 pasos. Cuanto más rápido se diseñe la canalización, más rápido podrá completar una instrucción, por lo que podrá adaptarse a CPU con frecuencias operativas más altas. Pero el largo proceso también trae algunos efectos secundarios. Es muy probable que la velocidad de ejecución real de la CPU de alta frecuencia sea menor. Este es el caso del Intel Pentium 4. Aunque su frecuencia principal puede llegar a 1,4G, su rendimiento de ejecución es muy inferior al de AMD Athlon o incluso al de Pentium III.

5. Forma del embalaje

El embalaje de la CPU es una medida de protección que utiliza materiales específicos para solidificar el chip de la CPU o el módulo de la CPU para evitar daños. Generalmente, las CPU solo se pueden entregar a los usuarios después de haberlas empaquetado. El método de empaquetado de la CPU depende de la forma de instalación de la CPU y del diseño integrado del dispositivo. En términos de clasificación amplia, las CPU instaladas en zócalos Socket generalmente están empaquetadas en PGA (Grid Array), mientras que las CPU instaladas en la ranura Slot x están todas empaquetadas en SEC (caja de complemento de un solo lado). En la actualidad existen tecnologías de envasado como PLGA (Plastic Grid Array) y Olga (Organic Grid Array). Debido a la competencia en el mercado cada vez más feroz, la dirección de desarrollo actual de la tecnología de empaquetado de CPU es principalmente ahorrar costos.