CPU專用術語大全

　　文章內容如下
　　Intel公司的X86序列CPU以及其它公司所生產的兼容產品，是目前世界上個人電腦中裝機最多的芯片。每當各種 媒體介紹或評價這類CPU時，經常會提到諸如“流水線”、“亂序執行”和“分枝預測”等專業術語，盡管不少 朋友也知道這些都是CPU使用的先進技術，但畢竟比什么主頻、外頻等難理解多了。所以我就對經常出現在CPU 特性表中的專業術語談談自己的理解，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。這是因為目前使用的CPU以Intel公司的X86序列產品為主，所以人們將Intel生產的CPU統稱為英特爾體系(IA)CPU。由于其它公司如AMD等公司生產的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，但其物理結構和 工作機理與目前的X86序列的IA-32CPU完全不同。
　　2、CPU的位和字長
　　位：在數字電路和電腦技術中采用二進制，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：電腦技術中對CPU在單位時間內(同一時間)能一次處理的二進制數的位數叫字長。所以能處理字長為8位數據的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內處理字長為32位的二進制數據。 字節和字長的區別：由于常用的英文字符用8位二進制就可以表示，所以通常就將8位稱為一個字節。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一次只能處理一個字節，而32位的CPU一次就能處理4個字節，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個字節。
　　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提供的基準時鐘頻率，而CPU的工作主頻則按 倍頻系數乘以外頻而來。在Pentium時代，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總線頻率和內存總線頻率相同，所以當CPU外頻提高后，與內存之間的交換速度也相應得到了提高，對提高電腦整體運行速度影響較大。
　　4、CPU主頻
　　CPU主頻也叫工作頻率，是CPU內核(整數和浮點運算器)電路的實際運行頻率。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”了。
　　5、流水線技術
　　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生產上的裝配流水線。在CPU中由56個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行，這樣就能實現在一個CPU時鐘周期完成一條指令，因此提高CPU的運算速度。由于486CPU只有一條流水線，通過流水線中取指令、譯碼、產生地址、執行指令和數據寫回五個電路單元分別同時執行那些已經分成五步的指令，因此實現了486CPU設計人員預期的在每個時鐘周期中完成一條指令的目的(按筆者看法，CPU實際上應該是從第五個時鐘周期才達到每周期能完成一條指令的處理速度)。到了Pentium時代、設計人員在CPU中設置了兩條具有各自獨立電路單元的流水線，因此這樣CPU在工作時就可以通過這兩條流水線來同時執行兩條指令，因此在理論上可以實現在每一個時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14步。將流水線設計的步(級)數越多，其完成一條指令的速度越快，因此才能適應工作主頻更高的CPU。這一點我們可以用日常事例來說明，比如栽樹時由5個人同時栽10棵(一人兩棵)所完成的速度當然沒有10人同時栽(一 人一棵)所完成的速度快。
　　7、超標量技術
　　超標量(superscalar)是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時鐘周期內可以完成一條以上的指令，這種設計就叫超標量技術。
　　8、亂序執行技術
　　亂序執行(out-of-orderexecution)是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規定的順序分開發送給各相應電路單元處理的技術。比方說程序某一段有7條指令，此時CPU將根據各單元電路的空鬧狀態和各指令能否提前執行的具體情況分析后，將能提前執行的指令立即發送給相應電路執行。當然在各單元不按規定順序執行完指令后還必須由相應電路再將運算結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行的運行方式就叫亂序執行(也有叫錯序執行)技術。采用亂序執行技術的目的是為了使CPU內部電路滿負荷運轉并相應提高了CPU的運行程序的速度。這好比請A、B、C三個名人為晚會題寫橫幅“春節聯歡晚會”六個大字，每人各寫兩個字。如果這時在一張大紙上按順序由 A寫好“春節”后再交給B寫“聯歡”，然后再由 C寫“晚會”，那么這樣在A寫的時候、 B和 C必須等待、而在B寫的時候C仍然要等待而A已經沒事了。但如果采用三個人分別用三張紙同時寫的做法，那么B和C都不必須等待就可以同時各寫各的了、甚至C和B還可以比A先寫好也沒關系(就象亂序執行)，但當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中亂序執行后的重新排列單元)按“春節聯歡晚會”的順序排好才能掛出去。
　　9、分枝
　　分枝(branch)是指程序運行時需要改變的節點。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按指令順序執行，而條件分枝則必須根據處理結果再決定程序運行方向是否改變。因此需要”分枝預測”技術處理的是條件分枝。
　　10、分技預溯和推測執行技術
　　分枝預測(branch prediction)和推測執行(speculatlon execution)是CPU動態執行技術中的主要內容，動態執行是目前CPU主要采用的先進技術之一。采用分枝預測和動態執行的主要目的是為了提高CPU的運算速度。推測執行是依托于分枝預測基礎上的，在分枝預測程序是否分枝后所進行的處理也就是推測執行。由于程序中的條件分枝是根據程序指令在流水線處理后結果再執行的，所以當CPU等待指令結果時，流水線的前級電路也處于空閑狀態等待分枝指令，這樣必然出現時鐘周期的浪費。如果CPU能在前條指令結果出來之前就能預測到分枝是否轉移、那么就可以提前執行相應的指令，這樣就避免了流水線的空閑等待、相應也就提高了CPU的運算速度。但另一方面一旦前指令結果出來后證明分技預測錯誤，那么就必須將已經裝人流水線執行的指令和結果全部清除，然后再裝人正確指令重新處理，這樣就比不進行分枝預測等待結果后再執行新指令還慢了（ 所以IDT公的WIN C6就沒有采用分枝預測技術)。這就好象在外科手術中，一個熟練的護士可以根據手術進展情況來判斷醫生的需要(象分枝預測)提前將手術器械拿在手上(象推測執行)然后按醫生要求遞給他，這樣可以避免等醫生說出要什么，再由護士拿起遞給他(醫生)的等待時間。當然如果護士判斷錯誤，也必須要放下預先拿的器械再重新拿醫生需要的遞過去。盡管如此，只要護士經驗豐富，判斷準確率高，那么當然就可以提高手術進行速度。 因此我們可以看出，在以上推測執行時的分枝預測準確性至關重要!所以通過 InteI公司技術人員的努力，現在的Pentium和pentium II系列CPU的分枝預測正確率分別達到了80%和90%，這樣雖然可能會有2O%和10%分枝預測錯誤但平均以后的結果仍然可以提高CPU的運算速度。
　　11、指令特殊擴展技術
　　在介紹CPU性能中還經常提到“擴展指令”或“特殊擴展”一說，這都是指該CPU是否具有對X86指令集進行指令擴展而言。擴展指令中最早出現的是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指令集進行的擴展。MMX主要用于增強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。但由于只對整數運算進行了優化而沒有加強浮點方面的運算能力。所以在3D圖形日趨廣泛，因特網3D網頁應用日趨增多的情況下，MMX已心有余而力不足了。
　　3D NOW!：AMD公司開發的多媒體擴展指令集，共有27條指令，針對MMX指令集沒有加強浮點處理能力的弱點，重點提高了AMD公司K6系列CPU對3D圖形的處理能力，但由于指令有限，該指令集主要應用于3D游戲，而對其他商業圖形應用處理支持不足。
　　SSE：SSE是英語“因特網數據流單指令序列擴展／Internet Streaming SIMDExtensions”的縮寫。它是InteI公司首次應用于最近才推出的Pentium III中的。實際就是原來傳聞的MMX2以后來又叫KNI(Katmai New Instr uction)， Katmai實際上也就是現在的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，而且特別加強了SIMD浮點處理能力，另外還專門針對目前因特網的日益發展，加強了CPU處理3D網頁和其它音、象信息技術處理的能力。CPU具有特殊擴展指令集后還必須在應用程序的相應支持下才能發揮作用，因此，當目前最先進的Pentium III 450和Pentium II 450運行同樣沒有擴展指令支持的應用程序時，它們之間的速度區別并不大。
　　12、CPU的生產工藝技術
　　我們常可以在CPU性能列表上看到“工藝技術”一項，其中有“0.35um”或“0.25um”等，這些同樣是為了說明CPU技術先進程度。一般來說“工藝技術”中的數據越小表明CPU生產技術越先進。目前生產CPU主要采用CMOS技術。CMOS是英語“互補金屬氧化物半導體”的縮寫。采用這種技術生產CPU時過程中采用“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”刻成導線聯接各元器件。現在光刻的精度一般用微米(um)表示，精度越高表示生產工藝越先進。因為精度越高則可以在同樣體積上的硅材料上生產出更多的元件，所加工出的聯接線也越細，這樣生產出的CPU工作主頻可以做得很高。正因為如此，在只能使用0.65 u m工藝時生產的第一代Pentium CPU的工作主頻只有60／66MHz，在隨后生產工藝逐漸發展到0.35um、0.25um時、所以也相應生產出了工作主額高達266MHz的Pentium MMX和主頻高達500MHz的Pentium II CPU。由于目前科學技術的限制，現在的CPU生產工藝只能達到0．25 um，因此Intel、AMD、 Cyrix以及其它公司正在向0.18um和銅導線(用金屬銅沉淀在硅材料上代替原來的鋁)技術努力，估計只要生產工藝達到0.18um后生產出主頻為l000MHz的CPU就會是很平常的事了。
　　對于以上這些常見CPU專業技術，我以作為業余愛好者可以“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技術比較感興趣的朋友可以另外參考有關專業性資料。