2.1 微处理器的主要性能指标

微处理器的性能指标基本上确定了由其组成的微计算机的功能。由于微处理器的性能不断增强，对其评价的性能指标也发生着变化，但归结起来，主要性能指标如下所述。

1.字长

微处理器的字长是指它在交换、加工和存放信息时，其信息位的最基本的长度，由它决定了一次传送的二进制数的位数，如有4位、8位、16位、32位和64位等。字长决定着计算机的运算能力和运算精度。字长越长，一个字所能表示的数据精度就越高，在完成同样精度的运算时，数据处理速度就越快。例如，一个16位的数，8位微处理器需要进行两次传送处理，而16位微处理器只需一次。

字长由微处理器对外数据通路的数据总线条数决定。同时，字长又确定了微处理器内部结构中的通用寄存器、运算器、内部缓冲器的位数。一般情况下，CPU的内部数据通道和外部数据总线宽度是一致的，但现代的CPU为提高内部运算能力，加宽了内部数据通道的宽度，使得内部字长和对外数据总线宽度不一致。

2.指令数

指令是计算机完成某种操作的命令。一台微计算机可以有几十到几百种指令。一台微计算机完成的操作种类越多，即指令数越多，表示该机的功能越强。在IA-32结构的微处理器中，8086/8088的指令数是个基础数，后面推出的微处理器就在此基础上进行扩充，而成为8086/8088指令系统的母集。

3.运算速度

运算速度是计算机完成任务的时间指标。计算机完成一个具体任务所需的一组指令称为程序。执行程序所花的时间就是完成该任务的时间。花时越短，运算速度越高。但是，微处理器的各种指令的执行时间是不一样的。为了统一衡量的标准，选用了实现同一种操作的指令，即寄存器加法指令作为基本指令，它的执行时间就定义为基本指令执行时间，用微秒（μs）表示，也可用每秒能执行多少条基本指令来表示。目前，微计算机速度一般可达数百万条指令/秒（MIPS）。基本指令执行时间由CPU的时钟周期（主频的倒数）及所用时钟周期数决定。因此，现代CPU的运算速度又以主频的大小来衡量。例如，P4微处理器2002年11月发布的主频为3.06GHz，比之2000年首次发布的1.5GHz又提速一倍多。

4.访存空间

访存空间是指由微处理器构建系统所能访问的存储单元数（或称存储容量）。此单元数是由传送地址信息的地址总线的条数决定的。例如，8086 CPU有20条地址线，所能编出的地址码有220=1048576种，即由它区分的存储单元就有1048576个。计算机中常用字节、页面、KB、MB、GB、TB等单位来表示存储容量。每个存储单元的二进制位容量用字节表示，即1字节（Byte）=8位（bit），而1页面=256（28）B（字节），1KB≈1024（210）B，1MB≈1024K（220）B，1GB≈1024M（230）B，1TB≈1024G（240）B。

5.高速缓存大小

主存储器通常由大规模MOS电路构成，其工作速度要比CPU慢一个数量级。当运行程序时，CPU要频繁地访问内存，从中读取指令代码和交换数据，从而对CPU速度形成瓶颈，特别是对现代微处理器，这种现象更为突出。为缓解这种瓶颈就需要在CPU与主存储器之间建立高速缓存（Cache）。自80486 CPU之后，已把Cache集成进CPU内部，形成多级Cache结构，并用L1表示第一级，用L2表示第二级。高速缓存器的大小对CPU的运算速度也有很大的影响，特别对执行浮点运算和多媒体功能更为显著。

6.虚拟存储空间

虚拟存储空间是通过硬件和软件的综合来扩大用户可用存储空间，它是在内存储器和外存储器（磁盘、光盘）之间增加一定的硬件和软件支持，使两者形成一个有机整体，支持运行比实际配置的内存容量大得多的大任务程序。程序预先放在外存储器中，在操作系统的统一管理和调度下，按照某种置换算法依次调入内存储器由CPU执行。这样，CPU看到的是一个速度接近内存却具有外存容量的假想存储器，称为虚拟存储器。具有保护模式的80286以上的CPU均支持虚拟存储空间。一般虚拟存储空间远大于实地址访存空间。

7.是否能构成多处理器系统

若微处理器具有协处理器接口，则可构成多处理器系统。这样，可将主处理器CPU的某些任务，如浮点数据运算、输入/输出由协处理器去完成，从而使整个系统功能上百倍地增加。在16位微处理器之前的CPU不具有本性能。现代微处理器则把协处理器集成到CPU的芯片中。

8.工艺形式及其他

采用不同工艺形式制造的微处理器，其性能的差别，对使用环境的要求以及其他的控制功能（包括中断、等待、保持和复原等）、封装形式、所用电源电压、功耗等方面的性能在自行设计选用时也是应注意的指标。

表2-1列出了IA-32结构微处理器家族产品的主要性能，以便在选用时进行比较。

IA-32结构的系列微处理器在当今应用中已占据主流。本章将选其作为学习的内容。本书将从整体出发，从具体入手，以8086为切入点，从功能扩展的角度，以补充的方式来学习后续的80x86及Pentium微处理器。这种安排是因为：一方面，8086的指令系统是本结构CPU指令系统的基本部分，具有向上兼容性；另一方面，从表2-1可见，对于组成微计算机的诸多接口芯片，从80486微计算机开始，已经又进一步把它们集成在两块芯片组（Chipset）中，因此无论是作为讲解组成原理、系统连接还是自行设计系统，选用分立的接口芯片都要比集成芯片组来得直观，易于理解和实用。