cpu参数详解

1主频.............................................................................................................................2

2外频.............................................................................................................................2

3前端总线(FSB)频率....................................................................................................2

4CPU的位和字长.........................................................................................................3

5倍频系数.....................................................................................................................3

6缓存.............................................................................................................................4

7CPU扩展指令集.........................................................................................................5

8CPU内核和I/O工作电压.........................................................................................5

9制造工艺.....................................................................................................................5

10指令集.........................................................................................................................5

11超流水线与超标量...农历初九 ..................................................................................................8

12封装形式.....................................................................................................................9

13CPU接口类型.............................................................................................................9

1主频

主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频＝外频

倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服

务器来讲，这个认识也出现了偏差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的

运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在

着很大的争议，我们从Intel的产品的发展趋势，可以看出Intel很注重加强自身主频的

发展。像其他的处理器厂家，有人曾经拿过一快1G的全美达来做比较，它的运行效率

相当于2G的Intel处理器。

所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数

字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子：1GHz

Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66GHzXeon/Opteron一样快，或是1.5GHzItanium2

大约跟4GHzXeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性

能指标。

当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方

面，而不代表CPU的整体性能。

2外频

外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。

说白了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频（当然一般情况下，CPU的

倍频都是被锁住的）相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允

许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU

超频了，改变了外频，会产生异步运行，（台式机很多主板都支持异步运行）这样会造

成整个服务器系统的不稳定。

目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方

式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与

前端总线(烤箱做烧饼 FSB)频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。

3前端总线(FSB)频率

前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条

公式可以计算，即数据带宽＝(总线频率数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同

时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是

800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。

外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是

CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟

震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是

100MHz64bit8Byte/bit=800MB/s。

其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生

了变化。之前我们知道IA-32架构必须有三大重要的构件：内存控制器Hub(MCH),I/O

控制器Hub和PCIHub，像Intel很典型的芯片组Intel7501、Intel7505芯片组，为双至

强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，

配合DDR内存，前端总线带宽可达到4.3GB/秒。但随着处理器性能不断提高同时给系

统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题，而且更有效地提高了

总线带宽，比方AMDOpteron处理器，灵活的HyperTransportI/O总线体系结构让它整

合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的

话，前端总线(FSB)频率在AMDOpteron处理器就不知道从何谈起了。

4CPU的位和字长

位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”

或是“1”在CPU中都是一“位”。

字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位

数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU

就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别：由于常用的英

文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固

定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，而

32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。

5倍频系数

倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU

的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是

因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就

会出现明显的“瓶颈”效应—CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速

度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，而AMD之前都没有锁。

6缓存

缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常

大，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。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可

以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高

系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。

L1Cache(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。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32—256KB。

L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，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，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器

和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB，有的高达2MB或者3MB。

L3Cache(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。比方具有较大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。

其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制

造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步

的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出

的Itanium处理器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MBL3缓存的

Itanium2处理器，和以后24MBL3缓存的双核心Itanium2处理器。

但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MBL3缓存的

XeonMP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加

带来更有效的性能提升。

7CPU扩展指令集

CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路

相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最

有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两

部分，而从具体运用看，如Intel的MMX（MultiMediaExtended）、SSE、SSE2

（Streaming-Singleinstructionmultipledata-Extensions2）、SEE3和AMD的3DNow!等都

是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。

我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集"。SSE3指令集也是目前规模最小的

指令集，此前MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包含有144条命令，

SSE3包含有13条命令。目前SSE3也是最先进的指令集，英特尔Prescott处理器已经

支持SSE3指令集，AMD会在未来双核心处理器当中加入对SSE3指令集的支持，全美达

的处理器也将支持这一指令集。

8CPU内核和I/O工作电压

从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种，通常CPU的核心

电压小于等于I/O电压。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工

艺越小，内核工作电压越低；I/O电压一般都在1.6~5V。低电压能解决耗电过大和发热

过高的问题。

9制造工艺

制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高

的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度

更高、功能更复杂的电路设计。现在主要的180nm、130nm、90nm。最近官方已经表

示有65nm的制造工艺了。

10指令集

（1）CISC指令集

CISC指令集，也称为复杂指令集，英文名是CISC，（ComplexInstructionSetComputer

的缩写）。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的

各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用

率不高，执行速度慢。其实它是英特尔生产的x86系列（也就是IA-32架构）CPU及其

兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是现在新起的X86-64（也被成AMD64）都是属于CISC

的范畴。

要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel为其第

一块16位C描写早春的诗句 PU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC机中的

CPU—i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而

增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。

虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去

的PII至强、PIII至强、Pentium3，最后到今天的Pentium4系列、至强（不包括至强

Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软

件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍

属于X86系列。由于IntelX86系列及其兼容CPU（如AMDAthlonMP、）都使用X86指

令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。x86CPU目前主要有intel的

服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。

（2）RISC指令集

RISC是英文“ReducedInstructionSetComputing”的缩写，中文意思是ptember缩写 “精简指令集”。它

是在CISC指令系统基础上发展起来的，有人对CISC机进行测试表明，各种指令的使用

频度相当悬殊，最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20％，但在

程序中出现的频度却占80％。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性，使处理器

的研制时间长，成本高。并且复杂指令需要复杂的操作，必然会降低计算机的速度。基

于上述原因，20世纪80年代RISC型CPU诞生了，相对于CISC型CPU,RISC型CPU不仅

精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能

力。RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而

言，RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就

提高很多了。目前在中高档服务器中普公司规章制度 遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器

全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX，

现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和

硬件上都不兼容。

目前，在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有以下几类：PowerPC处理器、

SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。

（3）IA-64

EPIC（ExplicitlyParallelInstructionComputers，精确并行指令计算机）是否是RISC和CISC

体系的继承者的争论已经有很多，单以EPIC体系来说，它更像Intel的处理器迈向RISC

体系的重要步骤。从理论上说，EPIC体系设计的CPU，在相同的主机配置下，处理Windows

的应用软件比基于Unix下的应用软件要好得多。

Intel采用EPIC技术的服务器CPU是安腾Itanium（开发代号即Merced）。它是64

位处理器，也是IA－64系列中的第一款。微软也已开发了代号为Win64的操作系统，

在软件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后，它又转而寻求更先进的64-bit微

处理器，Intel这样做的原因是，它们想摆脱容量巨大的x86架构,从而引入精力充沛而

又功能强大的指令集，于是采用EPIC指令集的IA-64架构便诞生了。IA-64在很多方面

来说，都比x86有了长足的进步。突破了传统IA32架构的许多限制，在数据的处理能

力，系统的稳定性、安全性、可用性、可观理性等方面获得了突破性的提高。

IA-64微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容，而Intel为了IA-64处理器能够

更好地运行两个朝代的软件，它在IA-64处理器上（Itanium、Itanium2……)引入了

x86-to-IA-64的解码器，这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令。这个解码器并不是最

有效率的解码器，也不是运行x86代码的最好途径（最好的途径是直接在x86处理器

上运行x86代码），因此Itanium和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕。

这也成为X86-64产生的根本原因。

（4）X86-64（AMD64/EM64T）

AMD公司设计，可以在同一时间内处理64位的整数运算，并兼容于X86-32架构。其中

支持64位逻辑定址，同时提供转换为32位定址选项；但数据操作指令默认为32位和

8位，提供转换成64位和16位的选项；支持常规用途寄存器，如果是32位运算操作，

就要将结果扩展成完整的64位。这样，指令中有“直接执行”和“转换执行”的区别，其指

令字段是8位或32位，可以避免字段过长。

x86-64（也叫AMD64）的产生也并非空穴来风，x86处理器的32bit寻址空间限制在

4GB内存，而IA-64的处理器又不能兼容x86。AMD充分考虑顾客的需求，加强x86指

令集的功能，使这套指令集可同时支持64位的运算模式，因此AMD把它们的结构称之

为x86-64。在技术上AMD在x86-64架构中为了进行64位运算，AMD为其引入了新增

了R8-R15通用寄存器作为原有X86处理器寄存器的扩充，但在而在32位环境下并不完

全使用到这些寄存器。原来的寄存器诸如EAX、EBX也由32位扩张至64位。在SSE单

元中新加入了8个新寄存器以提供对SSE2的支持。寄存器数量的增加将带来性能的提

升。与此同时，为了同时支持32和64位代码及寄存器，x86-64架构允许处理器工作在

以下两种模式：LongMode(长模式)和LegacyMode(遗传模式)，Long模式又分为两种子

模式(64bit模式和Compatibilitymode兼容模式)。该标准已经被引进在AMD服务器处理

器中的Opteron处理器。

而今年也推出了支持64位的EM64T技术，再还没被正式命为EM64T之前是IA32E，

这是英特尔64位扩展技术的名字,用来区别X86指令集。Intel的EM64T支持64位

sub-mode，和AMD的X86-64技术类似，采用64位的线性平面寻址，加入8个新的通

用寄存器（GPRs），还增加8个寄存器支持SSE指令。与AMD相类似，Intel的64位技

术将兼容IA32和IA32上古情歌电视剧 E，只有在运行64位操作系统下的时候，才将会采用IA32E。IA32E

将由2个sub-mode组成：64位sub-mode和32位sub-mode，同AMD64一样是向下兼

容的。Intel的EM64T将完全兼容AMD的X86-64技术。现在Nocona处理器已经加入了

一些64位技术，Intel的Pentium4E处理器也支持64位技术。

应该说，这两者都是兼容x86指令集的64位微处理器架构，但EM64T与AMD64还

是有一些不一样的地方，AMD64处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。

11超流水线与超标量

在解释超流水线与超标量前，先了解流水线(pipeline)。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象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CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执

行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。

超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间。

而超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，

其实质是以时间换取空间。例如Pentium4的流水线就长达20级。将流水线设计的步(级)

越长，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。但是流水线过

长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象，Intel

的奔腾4就出现了这种情况，虽然它的主频可以高达1.4G以上，但其运算性能却远远

比不上AMD1.2G的速龙甚至奔腾III。

12封装形式

CPU封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措

施，一般必须在封装后CPU才能交付用户使用。CPU的封装方式取决于CPU安装形式

和器件集成设计，从大的分类来看通常采用Socket插座进行安装的CPU使用PGA(栅格

阵列)方式封装，而采用Slotx槽安装的CPU则全部采用SEC(单边接插盒)的形式封装。

现在还有PLGA(PlasticLandGridArray)、OLGA(OrganicLandGridArray)等封装技术。由于

市场竞争日益激烈，目前CPU封装技术的发展方向以节约成本为主。

13CPU接口类型

接口类型是特指CPU散热器所适用的CPU接口类型，这是因为每种接口的CPU其外

形大小以及发热量都不同，其CPU插座的尺寸和布局也不同，一般不可混用。例如AMD

AthlonXP使用的散热器就不能用在Socket478的IntelPentium4上，反之亦然。当然，

现在也有些散热器带有两种（及以上）支架，这样就可以支持不同类型的CPU了。

目前主要的接口类型是Intel的Socket478、Socket775、用于服务器的Socket603/604、

Socket771。以及AMD的Socket462、Socket754、Socket939、SocketAM2940等等。