3.4　CPU的性能指标

1.主频、外频和倍频

主频是CPU的时钟频率，也就是CPU的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快。主频包括两部分：外频与倍频。外频是由主板上系统总线的工作频率决定的，是CPU与主板之间同步运行的速度；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者的关系用公式表示就是：主频=外频×倍频。计算机实际运行速度不但由CPU的速度决定，而且还受到主板和内存速度的限制，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。

注意

高频率不等于高性能，所以不能简单的用处理器的频率来衡量微机性能的高低。例如Athlon64 3000+运行频率仅为2.0GHz，其性能却可达到Pentium 43GHz的水平。

2.总线速度

内存总线的速度对整个系统性能来说很重要，由于内存速度的发展滞后于CPU的发展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，所以出现了二级缓存来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指CPU与二级（L2）高速缓存和内存之间的工作频率。

3.高速缓存

高速缓存（Cache）的作用是为CPU和内存在数据交换时提供一个高速的数据缓冲区，从而解决CPU高速运算与内存低速相应之间的矛盾。CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘，高速缓存在CPU和主存之间起缓冲作用，减少CPU等待数据传输的时间，提高系统性能。

CPU缓存一般分为L1高速缓存和L2高速缓存。 L1高速缓存（也称一级高速缓存，L1 Cache）用于暂存部分指令和数据，以使CPU能迅速地得到所需要的数据。L1高速缓存与CPU同步运行，其对CPU的性能影响较大，容量越大，性能也会越高。L2高速缓存（也称二级高速缓存，L2 Cache）的容量和频率对CPU的性能影响也较大，

L1 Cache（一级缓存）是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。

L2 Cache（二级缓存）是CPU的第二层高速缓存，它的作用就是为了协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好。

L3 Cache（三级缓存）分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比如具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。

注意

由于L2高速缓存的成本很高，因此L2高速缓存的容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品的分界标准。

4.工作电压

工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU（386、486）由于工艺落后，它们的工作电压一般为5V（奔腾等是3.5V/3.3V/2.8V等），随着CPU的制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压有逐步下降的趋势，Intel最新出品的Coppermine核心已经采用1.6V的工作电压。

5.协处理器

协处理器又称数学协处理器。在486以前的CPU里面，是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能是负责浮点运算，因此386、286、8088等微机CPU的浮点运算性能都相当落后，自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算。现在CPU的浮点单元（协处理器）往往对多媒体指令进行了优化。如Intel的MMX（多媒体扩展指令集）技术，它是Intel公司在1996年为增强Pentium CPU在音像、图形和通信应用方面而采用的技术，为CPU新增加57条MMX指令，把处理多媒体的能力提高了60％左右。

6.流水线技术、超标量

流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。在CPU中由5～6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条x86指令分成5～6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高了CPU的运算速度。超流水线是指某型CPU内部的流水线超过通常的5～6步以上，例如Pentium pro的流水线就长达14步。将流水线设计的步（级）数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。

7.乱序执行和分支预测

乱序执行是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。分支是指程序运行时需要改变的结点。分支有无条件分支和有条件分支，其中无条件分支只需要CPU按指令顺序执行，而条件分支则必须根据处理结果再决定程序运行方向是否改变，因此需要“分支预测”技术处理的是条件分支。

8.制造工艺

制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能，但它影响到CPU的集成度和工作频率。制造工艺越精细，CPU可以达到的频率越高，集成晶体管就可以更多。第一代奔腾CPU的制造工艺是0.35µm，而目前Intel CPU制造工艺达到了14nm。

9.指令集

指令集是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是CPU性能体现的一个重要标志。常见指令集有Intel公司的MMX、SSE、SSE2、SSE3和AMD公司的3DNow！等。

10.超线程技术

超线程（Hyper-Threading，HT）技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高了CPU的运行效率。