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工控機CPU基本概念介紹（一）

工控機CPU知識你(nǐ)了解多少呢？星屹小編将爲您詳細解讀工控機主頻、外頻、CPU的位和、CPU的位和、前端總線(FSB)頻率、緩存、倍頻系數這些概念。

2021-08-25 13:46:26上海星屹電子科技有限公司

本期上海星屹小編給大家(jiā)分享的是工控機CPU基本概念介紹，希望看完本篇文章您能(néng)對(duì)工控機有一個全新的認識！

工控機CPU知識你(nǐ)了解多少呢？星屹小編将爲您詳細解讀工控機主頻、外頻、CPU的位和、CPU的位和、前端總線(FSB)頻率、緩存、倍頻系數這些概念。

1.主頻
主頻也叫時鍾頻率，單位是MHz，用(yòng)來表示CPU的運算速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數。
很多人認爲主頻就(jiù)決定着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)CPU的運行(háng / xíng)速度，這不jin是個片面的，而(ér)且對(duì)于(yú)工控機來講，這個認識也出現了偏差。至今，沒有一條确定的公式能(néng)夠實現主頻和實際的運算速度兩者之間的數值關系，即使是兩大處理器廠家(jiā)Intel和AMD，在這點上也存在着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)很大的争議，我們從Intel的産品的發(fā／fà)展趨勢，可(kě)以看出Intel很注重加強自(zì)身主頻的發(fā／fà)展。像其(qí)他的處理器廠家(jiā)，有人曾經拿過(guò)一快1G的全美達來做比較，它的運行(háng / xíng)效率相當于(yú)2G的Intel處理器。所(suǒ)以，CPU的主頻與CPU實際的運算能(néng)力是沒有直接關系的，主頻表示在CPU内數字脈沖信号震蕩的速度。在Intel的處理器産品中，我們也可(kě)以看到這樣的例子：1 GHz Itanium芯片能(néng)夠表現得(dé / de / děi)差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要(yào / yāo)看CPU的流水線的各方面的性能(néng)指标。當然，主頻和實際的運算速度是有關的，隻能(néng)說主頻jinjin是CPU性能(néng)表現的一個方面，而(ér)不diabiaoCPU的整體性能(néng)。
2.外頻
外頻是CPU的基準頻率，單位也是MHz。CPU的外頻決定着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)整塊主闆的運行(háng / xíng)速度。
說白了，在台式機中，我們所(suǒ)說的超頻，都是超CPU的外頻（當然一般情況下(xià)，CPU的倍頻都是被鎖住的）相信這點是很好理解的。但對(duì)于(yú)服務器CPU來講，超頻是不允許的。前面說到CPU決定着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)主闆的運行(háng / xíng)速度，兩者是同步運行(háng / xíng)的，如(rú)果把服務器CPU超頻了，改變了外頻，會(huì)産生(shēng)異步運行(háng / xíng)，（台式機很多主闆都支持異步運行(háng / xíng)）這樣會(huì)造成整個服務器系統的不穩定。目前的絕大部分電腦系統中外頻也是内存與主闆之間的同步運行(háng / xíng)的速度，在這種方式下(xià)，可(kě)以理解爲CPU的外頻直接與内存相連通，實現兩者間的同步運行(háng / xíng)狀态。外頻與前端總線(FSB)頻率很容易被混爲一談，下(xià)面的前端總線介紹我們談談兩者的區别。
3.CPU的位和
字長位：在數字電路和電腦技術中采用(yòng)二進制，代碼隻有“0”和“1”，其(qí)中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是一“位”。字長：電腦技術中對(duì)CPU在單位時間内(同一時間)能(néng)一次處理的二進制數的位數叫字長。所(suǒ)以能(néng)處理字長爲8位數據的CPU通常就(jiù)叫8位的CPU。同理32位的CPU就(jiù)能(néng)在單位時間内處理字長爲32位的二進制數據。字節和字長的區别：由于(yú)常用(yòng)的英文字符用(yòng)8位二進制就(jiù)可(kě)以表示，所(suǒ)以通常就(jiù)将8位稱爲一個字節。字長的長度是不固定的，對(duì)于(yú)不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次隻能(néng)處理一個字節，而(ér)32位的CPU一次就(jiù)能(néng)處理4個字節，同理字長爲64位的CPU一次可(kě)以處理8個字節。
4.前端總線(FSB)頻率
前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與内存直接數據交換速度。
有一條公式可(kě)以計算，即數據帶寬＝(總線頻率×數據帶寬)/8，數據傳輸大帶寬取決于(yú)所(suǒ)有同時傳輸的數據的寬度和傳輸頻率。比方，現在的支持64位的至強Nocona，前端總線是800MHz，按照公式，它的數據傳輸大帶寬是6.4GB/秒。外頻與前端總線(FSB)頻率的區别：前端總線的速度指的是數據傳輸的速度，外頻是CPU與主闆之間同步運行(háng / xíng)的速度。也就(jiù)是說，100MHz外頻特指數字脈沖信号在每秒鍾震蕩一千萬次；而(ér)100MHz前端總線指的是每秒鍾CPU可(kě)接受的數據傳輸量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。其(qí)實現在“HyperTransport”構架的出現，讓這種實際意義上的前端總線(FSB)頻率發(fā／fà)生(shēng)了變化。之前我們知道IA-32架構必須有三大重要(yào / yāo)的構件：内存控制器Hub (MCH) ,I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片組 Intel 7501、Intel7505芯片組，爲雙至強處理器量身定做的，它們所(suǒ)包含的MCH爲CPU提供了頻率爲533MHz的前端總線，配合DDR内存，前端總線帶寬可(kě)達到4.3GB/秒。但随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)處理器性能(néng)不斷提高同時給系統架構帶來了很多問題。而(ér)“HyperTransport”構架不但解決了問題，而(ér)且更有效地提高了總線帶寬，比方AMD Opteron處理器，靈活的HyperTransport I/O總線體系結構讓它整合了内存控制器，使處理器不通過(guò)系統總線傳給芯片組而(ér)直接和内存交換數據。這樣的話，前端總線(FSB)頻率在AMD Opteron處理器就(jiù)不知道從何談起了。
5.緩存
緩存大小也是CPU的重要(yào / yāo)指标之一，而(ér)且緩存的結構和大小對(duì)CPU速度的影響非常大，CPU内緩存的運行(háng / xíng)頻率高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于(yú)系統内存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要(yào / yāo)重複讀取同樣的數據塊，而(ér)緩存容量的增大，可(kě)以大幅度提升CPU内部讀取數據的命中率，而(ér)不用(yòng)再到内存或者硬盤上尋找，以此提高系統性能(néng)。但是由于(yú)CPU芯片面積和成本的因素來考慮，緩存都很小。L1 Cache(一級緩存)是CPU層高速緩存，分爲數據緩存和指令緩存。内置的L1高速緩存的容量和結構對(duì)CPU的性能(néng)影響較大，不過(guò)高速緩沖存儲器均由靜态RAM組成，結構較複雜，在CPU管芯面積不能(néng)太大的情況下(xià)，L1級高速緩存的容量不可(kě)能(néng)做得(dé / de / děi)太大。一般服務器CPU的L1緩存的容量通常在32—256KB。L2 Cache(二級緩存)是CPU的第二層高速緩存，分内部和外部兩種芯片。内部的芯片二級緩存運行(háng / xíng)速度與主頻相同，而(ér)外部的二級緩存則隻有主頻的一半。L2高速緩存容量也會(huì)影響CPU的性能(néng)，原則是越大越好，現在家(jiā)庭用(yòng)CPU容量大的是512KB，而(ér)服務器和工作站上用(yòng)CPU的L2高速緩存更高達256-1MB，有的高達2MB或者3MB。L3 Cache(三級緩存)，分爲兩種，早期的是外置，現在的都是内置的。而(ér)它的實際作用(yòng)即是，L3緩存的應用(yòng)可(kě)以進一步降低内存延遲，同時提升大數據量計算時處理器的性能(néng)。降低内存延遲和提升大數據量計算能(néng)力對(duì)遊戲都很有幫助。而(ér)在服務器領域增加L3緩存在性能(néng)方面仍然有很好的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用(yòng)物理内存會(huì)更有效，故它比較慢的磁盤I/O子系統可(kě)以處理更多的數據請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統緩存行(háng / xíng)爲及較短消息和處理器隊列長度。其(qí)實早的L3緩存被應用(yòng)在AMD發(fā／fà)布的K6-III處理器上，當時的L3緩存受限于(yú)制造工藝，并沒有被集成進芯片内部，而(ér)是集成在主闆上。在隻能(néng)夠和系統總線頻率同步的L3緩存同主内存其(qí)實差不了多少。後(hòu)來使用(yòng)L3緩存的是英特爾爲服務器市場所(suǒ)推出的Itanium處理器。接着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)就(jiù)是P4EE和至強MP。Intel還打算推出一款9MB L3緩存的Itanium2處理器，和以後(hòu)24MB L3緩存的雙核xinItanium2處理器。但基本上L3緩存對(duì)處理器的性能(néng)提高顯得(dé / de / děi)不是很重要(yào / yāo)，比方配備1MB L3緩存的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對(duì)手，由此可(kě)見前端總線的增加，要(yào / yāo)比緩存增加帶來更有效的性能(néng)提升。
6.倍頻系數

倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對(duì)比例關系。在相同的外頻下(xià)，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下(xià)，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因爲CPU與系統之間數據傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而(ér)得(dé / de / děi)到高主頻的CPU就(jiù)會(huì)出現明顯的“瓶頸”效應—CPU從系統中得(dé / de / děi)到數據的限速度不能(néng)夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的，而(ér)AMD之前都沒有鎖。

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