CPU專用術(shù)語大全

　　文章內(nèi)容如下
　　Intel公司的X86序列CPU以及其它公司所生產(chǎn)的兼容產(chǎn)品，是目前世界上個(gè)人電腦中裝機(jī)最多的芯片。每當(dāng)各種 媒體介紹或評價(jià)這類CPU時(shí)，經(jīng)常會提到諸如“流水線”、“亂序執(zhí)行”和“分枝預(yù)測”等專業(yè)術(shù)語，盡管不少 朋友也知道這些都是CPU使用的先進(jìn)技術(shù)，但畢竟比什么主頻、外頻等難理解多了。所以我就對經(jīng)常出現(xiàn)在CPU 特性表中的專業(yè)術(shù)語談?wù)勛约旱睦斫?，以供其他電腦愛好者參考。
　　1、IA一32＆IA-64
　　IA是英語“英特爾體系／Intel Architecture”的縮寫。這是因?yàn)槟壳笆褂玫腃PU以Intel公司的X86序列產(chǎn)品為主，所以人們將Intel生產(chǎn)的CPU統(tǒng)稱為英特爾體系(IA)CPU。由于其它公司如AMD等公司生產(chǎn)的CPU基本上能在軟、硬件方面與Intel的CPU兼容，所以人們通常也將這部分CPU列入IA系列。由于目前使用的CPU，包括新推出的 Pentium III都還是32位的，所以又被列為IA-32。而IA-64就是Intel下一步將推出的64位CPU，但其物理結(jié)構(gòu)和 工作機(jī)理與目前的X86序列的IA-32CPU完全不同。
　　2、CPU的位和字長
　　位：在數(shù)字電路和電腦技術(shù)中采用二進(jìn)制，代碼只有“0”和“1”，其中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。
　　字長：電腦技術(shù)中對CPU在單位時(shí)間內(nèi)(同一時(shí)間)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長。所以能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時(shí)間內(nèi)處理字長為32位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 字節(jié)和字長的區(qū)別：由于常用的英文字符用8位二進(jìn)制就可以表示，所以通常就將8位稱為一個(gè)字節(jié)。字長的長度是不固定的，對于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個(gè)字節(jié)，而32位的CPU一次就能處理4個(gè)字節(jié)，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個(gè)字節(jié)。
　　3、CPU外頻
　　CPU外頻也就是常見特性表中所列的CPU總線頻率，是由主板為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率，而CPU的工作主頻則按 倍頻系數(shù)乘以外頻而來。在Pentium時(shí)代，CPU的外頻一般是60／66MHz，從Pentium II350開始，CPU外頻提高到1O0MHz。由于正常情況下CPU總線頻率和內(nèi)存總線頻率相同，所以當(dāng)CPU外頻提高后，與內(nèi)存之間的交換速度也相應(yīng)得到了提高，對提高電腦整體運(yùn)行速度影響較大。
　　4、CPU主頻
　　CPU主頻也叫工作頻率，是CPU內(nèi)核(整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算器)電路的實(shí)際運(yùn)行頻率。在486 DX2 CPU之前。CPU的主頻與外頻相等。從486DX2開始，基本上所有的CPU主頻都等于“外頻乘上倍頻系數(shù)”了。
　　5、流水線技術(shù)
　　流水線(pipeline)是InteI首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由56個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，然后將一條X86指令分成5——6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行，這樣就能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令，因此提高CPU的運(yùn)算速度。由于486CPU只有一條流水線，通過流水線中取指令、譯碼、產(chǎn)生地址、執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)寫回五個(gè)電路單元分別同時(shí)執(zhí)行那些已經(jīng)分成五步的指令，因此實(shí)現(xiàn)了486CPU設(shè)計(jì)人員預(yù)期的在每個(gè)時(shí)鐘周期中完成一條指令的目的(按筆者看法，CPU實(shí)際上應(yīng)該是從第五個(gè)時(shí)鐘周期才達(dá)到每周期能完成一條指令的處理速度)。到了Pentium時(shí)代、設(shè)計(jì)人員在CPU中設(shè)置了兩條具有各自獨(dú)立電路單元的流水線，因此這樣CPU在工作時(shí)就可以通過這兩條流水線來同時(shí)執(zhí)行兩條指令，因此在理論上可以實(shí)現(xiàn)在每一個(gè)時(shí)鐘周期中完成兩條指令的目的。
　　6、超流水線
　　超流水線(superpiplined)是指某型CPU內(nèi)部的流水線超過通常的5——6步以上，例如Pentium pro的流水線就長達(dá)14步。將流水線設(shè)計(jì)的步(級)數(shù)越多，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應(yīng)工作主頻更高的CPU。這一點(diǎn)我們可以用日常事例來說明，比如栽樹時(shí)由5個(gè)人同時(shí)栽10棵(一人兩棵)所完成的速度當(dāng)然沒有10人同時(shí)栽(一 人一棵)所完成的速度快。
　　7、超標(biāo)量技術(shù)
　　超標(biāo)量(superscalar)是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令，這種設(shè)計(jì)就叫超標(biāo)量技術(shù)。
　　8、亂序執(zhí)行技術(shù)
　　亂序執(zhí)行(out-of-orderexecution)是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理的技術(shù)。比方說程序某一段有7條指令，此時(shí)CPU將根據(jù)各單元電路的空鬧狀態(tài)和各指令能否提前執(zhí)行的具體情況分析后，將能提前執(zhí)行的指令立即發(fā)送給相應(yīng)電路執(zhí)行。當(dāng)然在各單元不按規(guī)定順序執(zhí)行完指令后還必須由相應(yīng)電路再將運(yùn)算結(jié)果重新按原來程序指定的指令順序排列后才能返回程序。這種將各條指令不按順序拆散后執(zhí)行的運(yùn)行方式就叫亂序執(zhí)行(也有叫錯(cuò)序執(zhí)行)技術(shù)。采用亂序執(zhí)行技術(shù)的目的是為了使CPU內(nèi)部電路滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)并相應(yīng)提高了CPU的運(yùn)行程序的速度。這好比請A、B、C三個(gè)名人為晚會題寫橫幅“春節(jié)聯(lián)歡晚會”六個(gè)大字，每人各寫兩個(gè)字。如果這時(shí)在一張大紙上按順序由 A寫好“春節(jié)”后再交給B寫“聯(lián)歡”，然后再由 C寫“晚會”，那么這樣在A寫的時(shí)候、 B和 C必須等待、而在B寫的時(shí)候C仍然要等待而A已經(jīng)沒事了。但如果采用三個(gè)人分別用三張紙同時(shí)寫的做法，那么B和C都不必須等待就可以同時(shí)各寫各的了、甚至C和B還可以比A先寫好也沒關(guān)系(就象亂序執(zhí)行)，但當(dāng)他們都寫完后就必須重新在橫幅上(自然可以由別人做，就象CPU中亂序執(zhí)行后的重新排列單元)按“春節(jié)聯(lián)歡晚會”的順序排好才能掛出去。
　　9、分枝
　　分枝(branch)是指程序運(yùn)行時(shí)需要改變的節(jié)點(diǎn)。分枝有無條件分枝和有條件分枝，其中無條件分枝只需要CPU按指令順序執(zhí)行，而條件分枝則必須根據(jù)處理結(jié)果再決定程序運(yùn)行方向是否改變。因此需要”分枝預(yù)測”技術(shù)處理的是條件分枝。
　　10、分技預(yù)溯和推測執(zhí)行技術(shù)
　　分枝預(yù)測(branch prediction)和推測執(zhí)行(speculatlon execution)是CPU動態(tài)執(zhí)行技術(shù)中的主要內(nèi)容，動態(tài)執(zhí)行是目前CPU主要采用的先進(jìn)技術(shù)之一。采用分枝預(yù)測和動態(tài)執(zhí)行的主要目的是為了提高CPU的運(yùn)算速度。推測執(zhí)行是依托于分枝預(yù)測基礎(chǔ)上的，在分枝預(yù)測程序是否分枝后所進(jìn)行的處理也就是推測執(zhí)行。由于程序中的條件分枝是根據(jù)程序指令在流水線處理后結(jié)果再執(zhí)行的，所以當(dāng)CPU等待指令結(jié)果時(shí)，流水線的前級電路也處于空閑狀態(tài)等待分枝指令，這樣必然出現(xiàn)時(shí)鐘周期的浪費(fèi)。如果CPU能在前條指令結(jié)果出來之前就能預(yù)測到分枝是否轉(zhuǎn)移、那么就可以提前執(zhí)行相應(yīng)的指令，這樣就避免了流水線的空閑等待、相應(yīng)也就提高了CPU的運(yùn)算速度。但另一方面一旦前指令結(jié)果出來后證明分技預(yù)測錯(cuò)誤，那么就必須將已經(jīng)裝人流水線執(zhí)行的指令和結(jié)果全部清除，然后再裝人正確指令重新處理，這樣就比不進(jìn)行分枝預(yù)測等待結(jié)果后再執(zhí)行新指令還慢了（ 所以IDT公的WIN C6就沒有采用分枝預(yù)測技術(shù))。這就好象在外科手術(shù)中，一個(gè)熟練的護(hù)士可以根據(jù)手術(shù)進(jìn)展情況來判斷醫(yī)生的需要(象分枝預(yù)測)提前將手術(shù)器械拿在手上(象推測執(zhí)行)然后按醫(yī)生要求遞給他，這樣可以避免等醫(yī)生說出要什么，再由護(hù)士拿起遞給他(醫(yī)生)的等待時(shí)間。當(dāng)然如果護(hù)士判斷錯(cuò)誤，也必須要放下預(yù)先拿的器械再重新拿醫(yī)生需要的遞過去。盡管如此，只要護(hù)士經(jīng)驗(yàn)豐富，判斷準(zhǔn)確率高，那么當(dāng)然就可以提高手術(shù)進(jìn)行速度。 因此我們可以看出，在以上推測執(zhí)行時(shí)的分枝預(yù)測準(zhǔn)確性至關(guān)重要!所以通過 InteI公司技術(shù)人員的努力，現(xiàn)在的Pentium和pentium II系列CPU的分枝預(yù)測正確率分別達(dá)到了80%和90%，這樣雖然可能會有2O%和10%分枝預(yù)測錯(cuò)誤但平均以后的結(jié)果仍然可以提高CPU的運(yùn)算速度。
　　11、指令特殊擴(kuò)展技術(shù)
　　在介紹CPU性能中還經(jīng)常提到“擴(kuò)展指令”或“特殊擴(kuò)展”一說，這都是指該CPU是否具有對X86指令集進(jìn)行指令擴(kuò)展而言。擴(kuò)展指令中最早出現(xiàn)的是InteI公司自己的“MMX”，其次是AMD公司的“3D Now!”，最后是最近的 Pentium III中的“SSE”。
　　MMX：MMX是英語“多媒體指令集”的縮寫。共有57條指令，是Intel公司第一次對自1985年就定型的X86指令集進(jìn)行的擴(kuò)展。MMX主要用于增強(qiáng)CPU對多媒體信息的處理，提高CPU處理3D圖形、視頻和音頻信息能力。但由于只對整數(shù)運(yùn)算進(jìn)行了優(yōu)化而沒有加強(qiáng)浮點(diǎn)方面的運(yùn)算能力。所以在3D圖形日趨廣泛，因特網(wǎng)3D網(wǎng)頁應(yīng)用日趨增多的情況下，MMX已心有余而力不足了。
　　3D NOW!：AMD公司開發(fā)的多媒體擴(kuò)展指令集，共有27條指令，針對MMX指令集沒有加強(qiáng)浮點(diǎn)處理能力的弱點(diǎn)，重點(diǎn)提高了AMD公司K6系列CPU對3D圖形的處理能力，但由于指令有限，該指令集主要應(yīng)用于3D游戲，而對其他商業(yè)圖形應(yīng)用處理支持不足。
　　SSE：SSE是英語“因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令序列擴(kuò)展／Internet Streaming SIMDExtensions”的縮寫。它是InteI公司首次應(yīng)用于最近才推出的Pentium III中的。實(shí)際就是原來傳聞的MMX2以后來又叫KNI(Katmai New Instr uction)， Katmai實(shí)際上也就是現(xiàn)在的Pentium III。SSE共有70條指令，不但涵括了原MMX和3D Now!指令集中的所有功能，而且特別加強(qiáng)了SIMD浮點(diǎn)處理能力，另外還專門針對目前因特網(wǎng)的日益發(fā)展，加強(qiáng)了CPU處理3D網(wǎng)頁和其它音、象信息技術(shù)處理的能力。CPU具有特殊擴(kuò)展指令集后還必須在應(yīng)用程序的相應(yīng)支持下才能發(fā)揮作用，因此，當(dāng)目前最先進(jìn)的Pentium III 450和Pentium II 450運(yùn)行同樣沒有擴(kuò)展指令支持的應(yīng)用程序時(shí)，它們之間的速度區(qū)別并不大。
　　12、CPU的生產(chǎn)工藝技術(shù)
　　我們?？梢栽贑PU性能列表上看到“工藝技術(shù)”一項(xiàng)，其中有“0.35um”或“0.25um”等，這些同樣是為了說明CPU技術(shù)先進(jìn)程度。一般來說“工藝技術(shù)”中的數(shù)據(jù)越小表明CPU生產(chǎn)技術(shù)越先進(jìn)。目前生產(chǎn)CPU主要采用CMOS技術(shù)。CMOS是英語“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”的縮寫。采用這種技術(shù)生產(chǎn)CPU時(shí)過程中采用“光刀”加工各種電路和元器件，并采用金屬鋁沉淀在硅材料上后用“光刀”刻成導(dǎo)線聯(lián)接各元器件?，F(xiàn)在光刻的精度一般用微米(um)表示，精度越高表示生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。因?yàn)榫仍礁邉t可以在同樣體積上的硅材料上生產(chǎn)出更多的元件，所加工出的聯(lián)接線也越細(xì)，這樣生產(chǎn)出的CPU工作主頻可以做得很高。正因?yàn)槿绱耍谥荒苁褂?.65 u m工藝時(shí)生產(chǎn)的第一代Pentium CPU的工作主頻只有60／66MHz，在隨后生產(chǎn)工藝逐漸發(fā)展到0.35um、0.25um時(shí)、所以也相應(yīng)生產(chǎn)出了工作主額高達(dá)266MHz的Pentium MMX和主頻高達(dá)500MHz的Pentium II CPU。由于目前科學(xué)技術(shù)的限制，現(xiàn)在的CPU生產(chǎn)工藝只能達(dá)到0．25 um，因此Intel、AMD、 Cyrix以及其它公司正在向0.18um和銅導(dǎo)線(用金屬銅沉淀在硅材料上代替原來的鋁)技術(shù)努力，估計(jì)只要生產(chǎn)工藝達(dá)到0.18um后生產(chǎn)出主頻為l000MHz的CPU就會是很平常的事了。
　　對于以上這些常見CPU專業(yè)技術(shù)，我以作為業(yè)余愛好者可以“只知其然而不必知其所以然”，因此只是一般性的介紹，至于對CPU技術(shù)比較感興趣的朋友可以另外參考有關(guān)專業(yè)性資料。