CPU的主频,一 二级缓存等都是什么意思? 具体点
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发布时间：2022-04-28 12:37
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时间：2023-10-09 07:01
CPU是电脑的心脏，一台电脑所使用的CPU基本决定了这台电脑的性能和档次。CPU发展到了今天，频率已经到了2GHZ。在我们决定购买哪款 CPU或者阅读有关CPU的文章时，经常会见到例如外频、倍频、缓存等参数和术语。下面我就把这些常用的和CPU有关的术语简单的给大家介绍一下。
CPU（Central Pocessing Unit）
*处理器，是计算机的头脑，90%以上的数据信息都是由它来完成的。它的工作速度快慢直接影响到整部电脑的运行速度。CPU集成上万个晶体管，可分为控制单元（Control Unit；CU）、逻辑单元（Arithmetic Logic Unit；ALU）、存储单元（Memory Unit；MU）三大部分。以内部结构来分可分为：整数运算单元，浮点运算单元，MMX单元，L1 Cache单元和寄存器等。
主频
CPU内部的时钟频率，是CPU进行运算时的工作频率。一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就越快。但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。
外频
即系统总线，CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。
倍频
原先并没有倍频概念，CPU的主频和系统总线的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频来无限提升。那么CPU主频的计算方式变为：主频 = 外频 x 倍频。也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越高。
缓存（Cache）
CPU进行处理的数据信息多是从内存中调取的，但CPU的运算速度要比内存快得多，为此在此传输过程中放置一存储器，存储CPU经常使用的数据和指令。这样可以提高数据传输速度。可分一级缓存和二级缓存。
一级缓存
即L1 Cache。集成在CPU内部中，用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。由于缓存指令和数据与CPU同频工作，L1级高速缓存缓存的容量越大，存储信息越多，可减少CPU与内存之间的数据交换次数，提高CPU的运算效率。但因高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在有限的CPU芯片面积上，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。
二级缓存
即L2 Cache。由于L1级高速缓存容量的*，为了再次提高CPU的运算速度，在CPU外部放置一高速存储器，即二级缓存。工作主频比较灵活，可与CPU同频，也可不同。CPU在读取数据时，先在L1中寻找，再从L2寻找，然后是内存，在后是外存储器。所以L2对系统的影响也不容忽视。
内存总线速度：（Memory-Bus Speed）
是指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间数据交流的速度。
扩展总线速度：（Expansion-Bus Speed）
是指CPU与扩展设备之间的数据传输速度。扩展总线就是CPU与外部设备的桥梁。
地址总线宽度
简单的说是CPU能使用多大容量的内存，可以进行读取数据的物理地址空间。
数据总线宽度
数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。
生产工艺
在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。其生产的精度以微米（um）来表示，精度越高，生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。这样CPU的主频也可提高，在0.25微米的生产工艺最高可以达到600MHz的频率。而0.18微米的生产工艺CPU可达到G赫兹的水平上。0.13微米生产工艺的CPU即将面市。
工作电压
是指CPU正常工作所需的电压，提高工作电压，可以加强CPU内部信号，增加CPU的稳定性能。但会导致CPU的发热问题，CPU发热将改变 CPU的化学介质，降低CPU的寿命。早期CPU工作电压为5V，随着制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压有着很大的变化，PIIICPU的电压为 1.7V，解决了CPU发热过高的问题。
MMX（MultiMedia Extensions，多媒体扩展指令集）英特尔开发的最早期SIMD指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度。
SSE(Streaming SIMD Extensions，单一指令多数据流扩展) 英特尔开发的第二代SIMD指令集，有70条指令，可以增强浮点和多媒体运算的速度。
3DNow!(3D no waiting) AMD公司开发的SIMD指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度，它的指令数为21条。
硬盘以及硬盘缓存
缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，如果有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。
硬盘的缓存主要起三种作用：一是预读取。当硬盘受到CPU指令控制开始读取数据时，硬盘上的控制芯片会控制磁头把正在读取的簇的下一个或者几个簇中的数据读到缓存中（由于硬盘上数据存储时是比较连续的，所以读取命中率较高），当需要读取下一个或者几个簇中的数据的时候，硬盘则不需要再次读取数据，直接把缓存中的数据传输到内存中就可以了，由于缓存的速度远远高于磁头读写的速度，所以能够达到明显改善性能的目的；二是对写入动作进行缓存。当硬盘接到写入数据的指令之后，并不会马上将数据写入到盘片上，而是先暂时存储在缓存里，然后发送一个“数据已写入”的信号给系统，这时系统就会认为数据已经写入，并继续执行下面的工作，而硬盘则在空闲（不进行读取或写入的时候）时再将缓存中的数据写入到盘片上。虽然对于写入数据的性能有一定提升，但也不可避免地带来了安全隐患——如果数据还在缓存里的时候突然掉电，那么这些数据就会丢失。对于这个问题，硬盘厂商们自然也有解决办法：掉电时，磁头会借助惯性将缓存中的数据写入零磁道以外的暂存区域，等到下次启动时再将这些数据写入目的地；第三个作用就是临时存储最近访问过的数据。有时候，某些数据是会经常需要访问的，硬盘内部的缓存会将读取比较频繁的一些数据存储在缓存中，再次读取时就可以直接从缓存中直接传输。
缓存容量的大小不同品牌、不同型号的产品各不相同，早期的硬盘缓存基本都很小，只有几百KB，已无法满足用户的需求。2MB和8MB缓存是现今主流硬盘所采用，而在服务器或特殊应用领域中还有缓存容量更大的产品，甚至达到了16MB、64MB等。
大容量的缓存虽然可以在硬盘进行读写工作状态下，让更多的数据存储在缓存中，以提高硬盘的访问速度，但并不意味着缓存越大就越出众。缓存的应用存在一个算法的问题，即便缓存容量很大，而没有一个高效率的算法，那将导致应用中缓存数据的命中率偏低，无法有效发挥出大容量缓存的优势。算法是和缓存容量相辅相成，大容量的缓存需要更为有效率的算法，否则性能会大大折扣，从技术角度上说，高容量缓存的算法是直接影响到硬盘性能发挥的重要因素。更大容量缓存是未来硬盘发展的必然趋势。
系统缓存
系统缓存
许多人认为，“缓存”是内存的一部分
许多技术文章都是这样教授的
但是还是有很多人不知道缓存在什么地方，缓存是做什么用的
其实，缓存是CPU的一部分，它存在于CPU中
CPU存取数据的速度非常的快，一秒钟能够存取、处理十亿条指令和数据（术语：CPU主频1G），而内存就慢很多，快的内存能够达到几十兆就不错了，可见两者的速度差异是多么的大
缓存是为了解决CPU速度和内存速度的速度差异问题
内存中被CPU访问最频繁的数据和指令被复制入CPU中的缓存，这样CPU就可以不经常到象“蜗牛”一样慢的内存中去取数据了，CPU只要到缓存中去取就行了，而缓存的速度要比内存快很多
这里要特别指出的是：
1.因为缓存只是内存中少部分数据的复制品，所以CPU到缓存中寻找数据时，也会出现找不到的情况（因为这些数据没有从内存复制到缓存中去），这时CPU还是会到内存中去找数据，这样系统的速度就慢下来了，不过CPU会把这些数据复制到缓存中去，以便下一次不要再到内存中去取。
2.因为随着时间的变化，被访问得最频繁的数据不是一成不变的，也就是说，刚才还不频繁的数据，此时已经需要被频繁的访问，刚才还是最频繁的数据，现在又不频繁了，所以说缓存中的数据要经常按照一定的算法来更换，这样才能保证缓存中的数据是被访问最频繁的
3.关于一级缓存和二级缓存
为了分清这两个概念，我们先了解一下RAM
ram和ROM相对的，RAM是掉电以后，其中才信息就消失那一种，ROM在掉电以后信息也不会消失那一种
RAM又分两种，
一种是静态RAM，SRAM；一种是动态RAM，DRAM。前者的存储速度要比后者快得多，我们现在使用的内存一般都是动态RAM。
有的菜鸟就说了，为了增加系统的速度，把缓存扩大不就行了吗，扩大的越大，缓存的数据越多，系统不就越快了吗
缓存通常都是静态RAM，速度是非常的快，
但是静态RAM集成度低（存储相同的数据，静态RAM的体积是动态RAM的6倍），
价格高（同容量的静态RAM是动态RAM的四倍），
由此可见，扩大静态RAM作为缓存是一个非常愚蠢的行为，
但是为了提高系统的性能和速度，我们必须要扩大缓存，
这样就有了一个折中的方法，不扩大原来的静态RAM缓存，而是增加一些高速动态RAM做为缓存，
这些高速动态RAM速度要比常规动态RAM快，但比原来的静态RAM缓存慢，
我们把原来的静态ram缓存叫一级缓存，而把后来增加的动态RAM叫二级缓存。
一级缓存和二级缓存中的内容都是内存中访问频率高的数据的复制品（映射），它们的存在都是为了减少高速CPU对慢速内存的访问。
通常CPU找数据或指令的顺序是：先到一级缓存中找，找不到再到二级缓存中找，如果还找不到就只有到内存中找了。
较慢的CPU频率 较快的CPU频率
如果将CPU比作一个城里的家具厂，而将存储系统比作郊区的木料厂，那么实际情况就是木料厂离家具厂越来越远，即使使用更大的卡车来运送木料，家具厂也得停工来等待木料送来。
在这样的情况下，一种解决方法是在市区建立一个小型仓库，在里面放置一些家具厂最常用到的木料。这个仓库实际上就是家具厂的“Cache”，家具厂就可以从仓库不停的及时运送需要的木料。当然，仓库越大，存放的木料越多，效果就越好，因为这样即使是些不常用的东西也可以在仓库里找到。如果我们需要的木料仓库里没有，就要从城外的木料厂里继续找，而家具厂就得等着了。
我想现在大家已经明白了我的意思，仓库就相对于L1缓存，可以由CPU及时快速的读写，所以存储的是CPU最常用代码和数据（后面我们会介绍一下如何挑选“最常用”）。L1缓存的速度比系统内存快的多是因为使用的是SRAM，这种内存单晶元使用四到六个晶体管。这也使得SRAM的造价相当的高，所以不能拿来用在整个存储系统上。
在大多数CPU上，L1缓存和核心一起在一块芯片上。如果在我们家具厂的例子中，就好比工厂和仓库在同一条街上。这样的设计使CPU可以从最近最快的地方得到数据，但是也使得“城外的木料厂”到“仓库”和到“家具厂”的距离差不多远。这样如果CPU需要的数据不在L1缓存中，也就是 “Cache Miss”，从存储设备取数据就要很长时间了。处理器速度越快，两者之间的差距就越大。如果使用Pentium4那样的高频率处理器，从内存中取得数据就相当于“木料厂”位于另一个国家。
物理内存即内存条。
关于内存
什么是内存呢？在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。
既然内存是用来存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，那么它是怎么工作的呢？我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存（即 DRAM），动态内存中所谓的“动态”，指的是当我们将数据写入DRAM后，经过一段时间，数据会丢失，因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。具体的工作过程是这样的：一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，有电荷代表1，无电荷代表0。但时间一长，代表1的电容会放电，代表0 的电容会吸收电荷，这就是数据丢失的原因；刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的1／2，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于1／2，则认为其代表0，并把电容放电，藉此来保持数据的连续性。
内存在电脑中起着举足轻重的作用。内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。只不过因为RAM是其中最重要的存储器。
通常所说的内存即指电脑系统中的RAM。 RAM有些像教室里的黑板，上课时老师不断地往黑板上面写东西，下课以后全部擦除。RAM要求每时每刻都不断地供电，否则数据会丢失。
如果在关闭电源以后RAM中的数据也不丢失就好了，这样就可以在每一次开机时都保证电脑处于上一次关机的状态，而不必每次都重新启动电脑，重新打开应用程序了。但是RAM要求不断的电源供应，那有没有办法解决这个问题呢?随着技术的进步，人们想到了一个办法，即给RAM供应少量的电源保持RAM的数据不丢失，这就是电脑的休眠功能，特别在Win2000里这个功能得到了很好的应用，休眠时电源处于连接状态，但是耗费少量的电能。
按内存条的接口形式，常见内存条有两种：单列直插内存条（SIMM），和双列直插内存条（DIMM）。SIMM内存条分为30线，72线两种。DIMM内存条与SIMM内存条相比引脚增加到168线。DIMM可单条使用，不同容量可混合使用，SIMM必须成对使用。
按内存的工作方式，内存又有FPA EDO DRAM和SDRAM（同步动态RAM）等形式。
FPA（FAST PAGE MODE）RAM 快速页面模式随机存取存储器：这是较早的电脑系统普通使用的内存，它每个三个时钟脉冲周期传送一次数据。
EDO（EXTENDED DATA OUT）RAM 扩展数据输出随机存取存储器：EDO内存取消了主板与内存两个存储周期之间的时间间隔，他每个两个时钟脉冲周期输出一次数据，大大地缩短了存取时间，是存储速度提高30%。EDO一般是72脚，EDO内存已经被SDRAM所取代。
S（SYSNECRONOUS）DRAM 同步动态随机存取存储器：SDRAM为168脚，这是目前PENTIUM及以上机型使用的内存。SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使CPU和RAM能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，每一个时钟脉冲的上升沿便开始传递数据，速度比EDO内存提高50%。
DDR（DOUBLE DATA RAGE）RAM ：SDRAM的更新换代产品，他允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。
RDRAM（RAMBUS DRAM）存储器总线式动态随机存取存储器；RDRAM是RAMBUS公司开发的具有系统带宽，芯片到芯片接口设计的新型DRAM，他能在很高的频率范围内通过一个简单的总线传输数据。他同时使用低电压信号，在高速同步时钟脉冲的两边沿传输数据。INTEL将在其820芯片组产品中加入对RDRAM的支持。
内存的参数主要有两个：存储容量和存取时间。存储容量越大，电脑能记忆的信息越多。存取时间则以纳秒（NS）为单位来计算。一纳秒等于10^9秒。数字越小，表明内存的存取速度越快。
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时间：2023-10-09 07:01
