[架构之路-16]：目标系统 - 硬件平台 - CPU主要物理性能指标

目录

​​第1章 多核CPU的架构​​

​​第2章 CPU主要的物理性能指标​​

​​2.1 CPU频率​​

​​2.2 CPU的位和字长​​

​​2.3 CPU的缓存容量与性能​​

​​2.4 CPU工作电压​​

​​2.5 CPU的总线方式​​

​​2.6 CPU制造工艺​​

​​2.7 CPU个数​​

​​2.8 CPU核的个数​​

​​2.9 CPU超线程数​​

​​2.10 CPU执行指令的性能指标FLOPS​​

​​第3章 CPU主要的操作系统性能指标​​

​​附录：案例1​​

第1章 多核CPU的架构

​

• 复杂指令集CPU：X86架构：如intel、AMD
• 精简指令集CPU：ARM架构如飞腾、PowerPC架构如IBM

第2章 CPU主要的物理性能指标

2.1 CPU频率

单位时间内完成振动或振荡的次数或周数
常用单位是赫兹。1赫兹等于1次/秒或1周/秒 

频率单位有：
Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。
其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz

[root@localhost hello]# cat /proc/cpuinfo  //虚拟机 pc台式机的频率
processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 94
model name      : Intel(R) Core(TM) i7-6700 CPU @ 3.40GHz

（1）主频

主频也叫时钟频率，单位是MHz(或GHz)，用来表示CPU的运算、处理数据的速度。

CPU的主频=外频×倍频系数。

主频是​​CPU内核​​工作时的时钟频率。CPU的主频所表示的是CPU内数字脉冲信号振荡的速度。

（2）外频

外频是系统总线的工作频率，即CPU的基准频率，是CPU与主板之间同步运行的速度。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。

外频速度越高，CPU就可以同时接受更多来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。

目前的绝大部分电脑系统中外频与主板前端总线不是同步速度的。

（3）倍频系数

倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。

在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高；
 

2.2 CPU的位和字长

字长：计算机技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次操作的二进制bit数。
目前的字长有：8bits、16bits、32bits、64bits。

2.3 CPU的缓存容量与性能

缓存的运行速度远远大于外存，与CPU的执行速度一致。计算机在进行数据处理和运算时，会把读出来的数据先存储在一旁，然后累计到一定数量以后同时传递，这样就能够把不同设备之间处理速度的差别给解决了，这个就是缓存容量。

在处理数据时，数据的临时存放点，缓存容量越大，计算机的数据处理速度将会越大，则计算机运行速度将会越快。

2.4 CPU工作电压

CPU的正常工作电压的范围比较宽，在计算机发展的初期，这时候CPU的核定电压为5伏左右，后来CPU工艺、技术发展，CPU正常工作所需电压相较以前而言越来越低，最低可达1.1V，如此低电压下的环境，CPU也能正常运行。电压越低，功率越低，越容易受到干扰。

2.5 CPU的总线方式

一般来说，我们把CPU内部的总线结构分为三类：

单线结构，由一条总线连接内部所有的部件，结构简单，性能低下。

双总线结构，连接各部件的总线有两条，被叫做双总线结构。

多总线结构，连接CPU内各部件的总线有3条及以上，则构成多总线结构。

2.6 CPU制造工艺

CPU的制造工业越小，单位面积上集成的晶体管越多，CPU芯片支持的功能越多。

2.7 CPU个数

计算机系统中，物理CPU的个数。

CPU socket(s): #物理CPU个数

2.8 CPU核的个数

单个物理芯片，内部CPU计算核的个数，即计算单元的个数。

Core(s) per socket: #每颗物理CPU的核数

2.9 CPU超线程数

线程数是一种逻辑的概念，简单地说，就是模拟出的CPU核心数。比如，可以通过一个CPU核心数模拟出2线程的CPU，也就是说，这个单核心的CPU被模拟成了一个类似双核心CPU的功能。

Thread(s) per core: #每个核心的线程数量。

线程数就是模拟出来的CPU核心数（注意不是CPU物理核心数）

对于一个CPU，线程数总是大于或等于核心数（物理核心）的。

一个核心（物理核心）最少对应一个线程，但通过超线程技术，一个核心可以对应两个线程，也就是说它可以同时运行两个线程。

这也就解释了为什么会有六核心（物理核心）十二线程（CPU核心数）的原因。

CPU的线程数概念仅仅只针对Intel的CPU才有用，因为它是通过Intel超线程技术来实现的，最早应用在Pentium4上。如果没有超线程技术，一个CPU核心对应一个线程。所以，对于AMD的CPU来说，只有核心数的概念，没有线程数的概念。 

CPU之所以要增加线程数，是源于多任务处理的需要。线程数越多，越有利于同时运行多个程序，因为线程数等同于在某个瞬间CPU能同时并行处理的任务数。 因此，线程数是一种逻辑的概念，简单地说，就是模拟出的 CPU 核心数。一个核心最少对应一个线程，但英特尔有个超线程技术可以把一个物理线程模拟出两个线程来用，充分发挥 CPU 性能，即一个核心可以有两个到多个线程。

2.10 CPU执行指令的性能指标FLOPS

是“每秒所执行的​​浮点​​运算次数”（floating-point operations per second）的缩写。

FLOPS，即每秒浮点运算次数, 是每秒所执行的浮点运算次数（Floating-point operations per second；缩写：FLOPS）的简称，被用来评估电脑效能.
常见的浮点计算值的单位：
一个MFLOPS（megaFLOPS）等於每秒一佰万（=10^6）次的浮点运算，
一个GFLOPS（gigaFLOPS）等於每秒拾亿（=10^9）次的浮点运算，
一个TFLOPS（teraFLOPS）等於每秒万亿（=10^12）次的浮点运算，
一个PFLOPS（petaFLOPS）等於每秒千万亿（=10^15）次的浮点运算，
一个EFLOPS（exaFLOPS）等於每秒百亿亿（=10^18）次的浮点运算
一个ZFLOPS（zettaFLOPS）等于每秒十万京（=10^21）次的浮点运算。

这是因为，几乎所有的科学运算，都是浮点运算。

cpu算力计算公式  

FLOAS=核数*单核主频*CPU单个周期浮点计算值

核数：cpu参数中有表明

单核主频：cpu参数中有表明

在上图中, CPU是1.2TFLOPS, GPU是9.3TFLOPS, GPU的浮点处理能力是CPU的8倍。

2.11 功耗

功耗也是CPU一个重要的指标，降低功耗是电子产品一个永恒的话题 。

第3章 CPU主要的操作系统性能指标

待续.....................

附录：案例1