菜鸟成长手册：细数处理器制胜九大法宝作者：时间：2006年7月13日15:04:41来源：中关村在线一块小小的处理器中却蕴含着万千气象，包罗了众多业界尖端技术，可以毫不夸张地说处理器是人类在硅晶圆上创造的最宏伟的建筑，人类的聪明才智也在这块方寸之地上得到了集中体现。处理器所引发的巨变是数不胜数的，太空探索、基因破译、核力发电、制导导弹以及建筑设计等各个领域，都有它伟岸的身影。没有它，数字时代就会成为空中楼阁；没有它，人类就无法超越一个又一个数学极限；没有它，微观和虚拟世界就不会展现在我们眼前。我们不只是好奇，我们对处理器更多的是怀有一种难以言表的敬意。那么这样一块小小的硅晶元是靠什么制胜的呢？什么是其兴盛不衰的法宝？未来新的突破又将去往何方？接下来文中将为大家一一分享。石英硅硅分子构造1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原四氟化硅，得到了单质硅，至此人类又结识了一位新的化学元素，但此时人们无论如何也想不到，正是这一发现为开辟人类数字时代奠定下坚实的基础。硅的化学符号是Si，原子序数为14，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。它具备来源丰富、成本低廉、提炼难度小、纯度高、可塑性好以及可用来充当半导体材料等特点，正是凭借这些先天性的优势，硅成为处理器理想的材料，也成为摩尔定律驱使下的“魔方”，不断为人类带来一个又一个的惊喜。自1971年第一款实用型处理器问世以来，已经过了数十年的发展，现在处理器无论是在规格参数、制造技术还是在扩展功能方面均获得了巨大突破。不过总的来说，仍可大致分为九个方面：1）主频，即处理器核心使用时钟频率，简单说就是处理器工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以一般来说主频越高，处理器的速度也就越快。不过由于处理器核心架构的不同，同频率下的性能表现也会不尽相同，这主要是与缓存命中率有直接关系。外频就是系统总线的工作频率，而倍频则是指处理器外频与主频相差的倍数，公式为：主频=外频×倍频。2）L1高速缓存，通常称为一级高速缓存。处理器内置的一级高速缓存可以在很大程度上提高处理器的运行效率。L1级高速缓存的容量和结构对处理器的性能影响非常大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在处理器核心面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。采用回写(WriteBack)结构的高速缓存可以对读和写操作均有可提供缓存，而采用写通(Write-through)结构的高速缓存仅对读操作有效。在486以上的计算机中基本采用了回写式高速缓存结构。在目前流行的处理器中，775针英特尔处理器采用16KBL1级数据缓存和12KBL1级追踪缓存，而AMDSempron和Athlon64处理器的L1级高速缓存达到了128KB。3）L2高速缓存，通常称为二级高速缓存，第一个采用L2级高速缓存的是PentiumPro处理器，它的L2高速缓存和处理器运行在相同频率下，成本昂贵，市场生命很短，所以其后PentiumII的L2高速缓存改采成本较为低廉的高速动态RAM，运行在相当于处理器频率的一半以下，不过之后的Celeron又开始采用全速缓存，目前无论是英特尔和AMD均采用全速L2级缓存。除速度以外，L2高速缓存容量也会影响处理器的性能，原则是越大越好，现在桌面用处理器容量最大已到4MB，而以后更会发展出8MB、16MB、甚至32MB。4）系统总线速度，也可以称为内存总线速度，一般等同于处理器外频。系统总线的速度对整个系统性能来说很重要，早先时候由于内存速度的发展远远滞后于处理器的发展速度，为了缓解内存带来的瓶颈，所以出现了二级缓存来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指处理器和内存之间的数据交换速率。5）流水线技术和超标量。流水线(Pipeline)是英特尔首次在486芯片中引入，流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在处理器中由5到6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5到6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个处理器时钟周期完成一条指令，因此提高了处理器的运算速度。超流水线是指某款处理器内部的流水线通常超过5到6步以上，例如Presccot核心奔腾4的流水线就长达31级。将流水线设计的级数越多，...