| 出版日期：2002-07-01 总期号：474 本年期号：24 |
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从CPU设计结构的改变谈性能标准
笑天 从个人电脑诞生至今，CPU经历了几代产品的发展。从最初的4004、8008到386、486，再到现在的P4、AthlonXP等等。从CPU的诞生之日起，主频就由于其直观简便成为CPU性能的最佳衡量标准。现在20年过去了，CPU的设计、制造产生了很大的变化，这个标准还能够适用现在的CPU吗？ 从386开始，个人电脑就进入了32位的数据处理，并一直延续到现在。但是同样是32位的CPU，在结构上却有很大的变化。如果说主频在386时代还可以成为CPU性能的代名词的话，那么到486的时候，情形就发生了一定的变化。 内部结构上，486与386的最大区别在于“协助处理器”的增加。486由于内部集成了数字协助处理器80387，CPU的运行方式产生了很大的变化。80386数字处理器本身只能进行基本的数字计算，如加减乘除等等。进行函数运算的时候需要用基本的数字计算去推导函数结果，在使用协助处理器80387之后，一些诸如三角函数、积分、微分计算可以直接得到结果。显然，增加了协助处理器可以令复杂运算的速度大大提升。此外，CPU内部集成缓存是486与386之间另外一个最大的区别，CPU的运算直接从缓存中取用数据要比从外部获取数据的速度快得多，缓存容量越大，CPU就可以以更高的速度获得更多的数据，从而提高性能。而这时，即使处于同样主频，486也会比386的性能有大幅度提升。 而从K5和Pentium CPU开始，CPU内部又增添了“流水线”的设计。由于采用了两条流水线的设计，让CPU可以同时进行两组数据的处理，相当于两个486同时工作，使性能提升将近一倍。分支预测设计就是在多流水线设计的基础上出现的，在处理大量的数据之前，首先需要在分支预测的阶段将数据分配到不同的流水线上，以确保不同的流水线工作协调，尽可能少出现等待；而多媒体指令集则是CPU设计上的又一飞跃，通过加入多媒体指令处理单元，令CPU直接完成多媒体应用的处理，而不需要用数字计算单元去实现，从而进一步提高速度，增强性能。可见，结构的改进大大增强了性能，而主频的提升则显得微不足道了。 CPU发展到现在，众多新技术的采用使得相同工作频率下的处理器性能出现分化。如P4在流水线中使用了更多的阶段，每一阶段执行较以前少的工作，这样这种芯片的时钟可以更快，也就是说主频会很容易提高。而尽管AthlonXP的芯片有更短的流水线和更慢的核心频率，但它运行得很快，甚至在许多的商业应用中运行得更快，因为较短的流水线可以减少错误预测分支的代价。 显然频率已经不再是判断性能的依据，真正的性能需要在应用软件测试的基础下来体现。但是用户还是期望拥有一个简单明了的CPU性能判定标准，这样业界专家又得多动动脑子了，不过日前AMD提出的TPI——真实性能标准有望成为CPU的性能标准制定路上的一个突破。 |
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