深入了解CPU：什么是CPU超頻?什么是CPU緩存?

時間：2023-03-18 14:35:24

關鍵字： CPU 指數(shù) 超頻

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[導讀]為增進大家對CPU的認識，本文將對CPU超頻以及CPU的緩存予以介紹。

CPU 是計算機的運算和控制核心，計算機系統(tǒng)中所有軟件層的操作，最終都將通過指令集映射為CPU的操作。為增進大家對CPU的認識，本文將對CPU超頻以及CPU的緩存予以介紹。如果你對CPU具有興趣，不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦。

一、cpu超頻

通常所說的超頻簡單來說就是人為提高CPU的外頻或倍頻，使之運行頻率得到大幅提升，即CPU超頻。

為了了解怎樣超頻系統(tǒng)，首先必須懂得系統(tǒng)是怎樣工作的。用來超頻最常見的部件就是處理器了。

在購買處理器或CPU的時候，會看到它的運行速度。例如，PenTIum 4 3.2GHz CPU運行在3200MHz下。這是對一秒鐘內(nèi)處理器經(jīng)歷了多少個時鐘周期的度量。一個時鐘周期就是一段時間，在這段時間內(nèi)處理器能夠執(zhí)行給定數(shù)量的指令。所以在邏輯上，處理器在一秒內(nèi)能完成的時鐘周期越多，它就能夠越快地處理信息，而且系統(tǒng)就會運行得越快。1MHz是每秒一百萬個時鐘周期，所以3.2GHz的處理器在每秒內(nèi)能夠經(jīng)歷3，200，000，000或是32億個時鐘周期。

超頻的目的是提高處理器的GHz等級，以便它每秒鐘能夠經(jīng)歷更多的時鐘周期。計算處理器速度的公式是這個：

外頻(以MHz為單位)×倍頻 = 速度(以MHz為單位)。

FSB = 外頻 × 4(AMD Athlon XP處理器除外)

來解釋FSB和倍頻是什么：

FSB(對AMD處理器來說是HTT*)，或前端總線，就是整個系統(tǒng)與CPU通信的通道。所以，F(xiàn)SB能運行得越快，顯然整個系統(tǒng)就能運行得越快。

CPU廠商已經(jīng)找到了增加CPU的FSB有效速度的方法。他們只是在每個時鐘周期中發(fā)送了更多的指令。所以CPU廠商已經(jīng)有每個時鐘周期發(fā)送兩條指令的辦法(AMD CPU)，或甚至是每個時鐘周期四條指令(Intel CPU)，而不是每個時鐘周期發(fā)送一條指令。那么在考慮CPU和看FSB速度的時候，必須認識到它不是真正地在那個速度下運行。Intel CPU是“四芯的”，也就是它們每個時鐘周期發(fā)送4條指令。這意味著如果看到800MHz的FSB，潛在的FSB速度其實只有200MHz，但它每個時鐘周期發(fā)送4條指令，所以達到了800MHz的有效速度。相同的邏輯也適用于AMD CPU，不過它們只是“二芯的”，意味著它們每個時鐘周期只發(fā)送2條指令。所以在AMD CPU上400MHz的FSB是由潛在的200MHz FSB每個時鐘周期發(fā)送2條指令組成的。

這是重要的，因為在超頻的時候將要處理CPU真正的FSB速度，而不是有效CPU速度。

速度等式的倍頻部分也就是一個數(shù)字，乘上FSB速度就給出了處理器的總速度。例如，如果有一顆具有200MHz FSB(在乘二或乘四之前的真正FSB速度)和10倍頻的CPU，那么等式變成：

(FSB)200MHz×(倍頻)10 = 2000MHz CPU速度，或是2.0GHz。

在某些CPU上，例如Intel自1998年以來的處理器，倍頻是鎖定不能改變的。在有些上，例如AMD Athlon 64處理器，倍頻是“封頂鎖定”的，也就是可以改變倍頻到更低的數(shù)字，但不能提高到比最初的更高。在其它的CPU上，倍頻是完全放開的，意味著能夠把它改成任何想要的數(shù)字。這種類型的CPU是超頻極品，因為可以簡單地通過提高倍頻來超頻CPU，市面上可以見到的AMD黑盒處理器和Intel以K末尾的處理器就是這類CPU。

在CPU上提高或降低倍頻比FSB容易得多了。這是因為倍頻和FSB不同，它只影響CPU速度。改變FSB時，實際上是在改變每個單獨的電腦部件與CPU通信的速度。這是在超頻系統(tǒng)的所有其它部件了。這在其它不打算超頻的部件被超得太高而無法工作時，可能帶來各種各樣的問題。不過一旦了解了超頻是怎樣發(fā)生的，就會懂得如何去防止這些問題了。

* 在AMD Athlon 64 CPU上，術語FSB實在是用詞不當。本質上并沒有FSB。FSB被整合進了芯片。這使得FSB與CPU的通信比Intel的標準FSB方法快得多。它還可能引起一些混亂，因為Athlon 64上的FSB有時可能被說成HTT。如果看到某些人在談論提高Athlon 64 CPU上的HTT，并且正在討論認可為普通FSB速度的速度，那么就把HTT當作FSB來考慮。在很大程度上，它們以相同的方式運行并且能夠被視為同樣的事物，而把HTT當作FSB來考慮能夠消除一些可能發(fā)生的混淆。

二、CPU緩存

CPU緩存是CPU和內(nèi)存之間的臨時存儲器，雖然緩存的容量不能與內(nèi)存和硬盤相比，但是交換速度卻比它們快得多了，CPU緩存就是為了更快的連接CPU與內(nèi)存而存儲在中間媒介。簡單來說，因為CPU的速度快，而內(nèi)存的速度較慢，這時CPU緩存來解決這個問題，減少了CPU的等待時間，變相的提高了CPU的性能。

舉個例子，比如CPU需要做一個加法運算，需要-2個時鐘周期，如果從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)需要100-300個周期，而CPU是不可能等待那么長的時間，即使是高端CPU也變成龜速，因此通過高速緩存來減少了CPU等待時間。

在主流的CPU中，一般緩存分為一級緩存、二級緩存、三級緩存，而它們之間的速度呈遞減，容量呈遞增，讀取一級緩存中的信息需要3個周期，與CPU處理運算的速度無限接近了，讀取二級緩存的周期大約10-15個周期，而三級緩存所需時間為50個周期左右。

之所以CPU需要采用這種層級結構，主要就是是從成本、性能、容量還有面積上來平衡的，對于CPU緩存來說，下面幾點是它們提升的目前，也就所謂的CPU緩存的作用。

1、縮短延遲

訪問緩存的時間應該盡可能縮短，可以通過多種的方式縮短這個時間，比如能夠通過減小緩存的大小或關聯(lián)性來降低緩存的延遲，還有方式預測、增加帶寬等方法。

2、提升命中率

所謂的命中率是在高速緩存中找到內(nèi)存引用的速率，我們希望能夠首先通過緩存中獲得信息，以得到速度優(yōu)勢，所以緩存需要最大限度地實現(xiàn)這一目標。對于單個高速緩存，大小、關聯(lián)性和塊大小決定命中率。

3、降低更低級別內(nèi)存下的開銷

高速緩存是內(nèi)存層次結構的一部分，其性能會影響其它性能，處理其它內(nèi)存花費的時間越長，意味著系統(tǒng)性能越低，也就是說盡可能讓處理在緩存中完成。

4、減少錯失懲罰

緩存中不能命中是無法避免的事情，但是我們可以減少處理未命中所需的時間以獲得更好的處理器性能，通過提升命中率并通過應用不同的優(yōu)化，能夠降低錯失懲罰。

高速緩存是CPU中十分重要的部分，占據(jù)了大量的資源開銷和成本，如果您看過CPU架構圖的話，您就會發(fā)現(xiàn)緩存占據(jù)了至少50%的面積，絕對至關重要。