cpu的運(yùn)算
cpu的運(yùn)算
CPU的位寬對(duì)CPU性能的影響絕不亞于主頻。位寬是指微處理器一次執(zhí)行指令的數(shù)據(jù)帶寬。處理器的尋址位寬增長(zhǎng)很快，業(yè)界已使用過4、8、16位尋址再到目前主流的32位，而64位尋址浮點(diǎn)運(yùn)算已經(jīng)逐步成為CPU的主流產(chǎn)品。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來(lái)的關(guān)于cpu每秒做多少次運(yùn)算的內(nèi)容，歡迎閱讀!
cpu的運(yùn)算：
比如 計(jì)算 加減乘除，開方等等，為何CPU能以非常快的速度算出答案? 而CPU的速度有極限嗎?限制是甚麼?哪里有那么多要知道的，其實(shí)計(jì)算機(jī)的CPU只會(huì)做加法，它只知道1+1=10(二進(jìn)制)其他的工作是由CPU的指令系統(tǒng)(控制單元)來(lái)完成的，比如乘法——把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)乘以二，就是把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)左邊移一位，除法剛好相反，右移一位。
比如求一個(gè)數(shù)的10倍：先給這個(gè)數(shù)字左移2次=原來(lái)數(shù)字乘以2，然后把乘以2的結(jié)果放在寄存器里(存儲(chǔ)單元)，再給這個(gè)數(shù)先左移2次=原來(lái)數(shù)的4倍，然后，在給這個(gè)數(shù)字乘以2=原來(lái)數(shù)的8倍，最后加上存放在寄存器里面的兩倍就=原來(lái)數(shù)字的10倍了。
這些都是由CPU的指令系統(tǒng)控制的，在做邏輯運(yùn)算的時(shí)候(就是邏輯控制單元)在起作用了，其實(shí)就是一些奇怪的加法比如：與運(yùn)算就會(huì)被規(guī)定兩個(gè)不一樣的數(shù)字進(jìn)行比較結(jié)果為0或運(yùn)算：兩個(gè)不一樣的數(shù)字比較，只要有一個(gè)不為“0”那么，結(jié)果就不為“0”CPU的速度取決于兩個(gè)方面的因素：
1、內(nèi)部因素：比如CPU的制作工藝：二級(jí)緩存的大小，運(yùn)算頻率的高低等等指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：有沒有多媒體指令系統(tǒng)，指令的長(zhǎng)度，是32位的指令系統(tǒng)，還是64位指令系統(tǒng)，每次處理的二進(jìn)制位數(shù)是8位，6位、32位、64位、還是128位等等。
2、外部因素：說(shuō)是外部因素也不完全準(zhǔn)確，最明顯的——前端總線的限制，分兩種：(1)CPU的前端總線高，主板支持的前端總線低，就好像往一個(gè)大瓶子里便灌水的過程CPU的前端總線是瓶子主板的總線頻率就是水流，水流越小灌得就慢，就是說(shuō)運(yùn)行的速度就慢。(2)CPU的前端總線低，主板支持的高，就好像用一個(gè)消防栓給一個(gè)毛細(xì)吸管里邊灌水一樣，水再大也沒有地方裝所以慢。
超頻，可能一般人不太明白簡(jiǎn)單解釋一下：就好像你有一頭小毛驢，突然有一天你它跑得慢了，于是找了一根鞭子，打他一下，驢子就跑得飛快了，CPU好比驢子鞭子好比跳線(用來(lái)改變CPU的工作模式)，實(shí)際上是改變了加在CPU針腳上的電壓，所以超頻后會(huì)發(fā)熱，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)像驢子一樣被“打得遍體鱗傷”所以在超頻的時(shí)候一定要把散熱工作做足，不然驢子就罷工了。
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32位CPU一次只能處理32位，也就是4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù);而64位CPU一次就能處理64位即8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果我們將總長(zhǎng)128位的指令分別按照16位、32位、64位為單位進(jìn)行編輯的話：舊的16位CPU(如Intel 80286 CPU)需要8個(gè)指令，32位的CPU需要4個(gè)指令，而64位CPU則只要兩個(gè)指令。顯然，在工作頻率相同的情況下，64位CPU的處理速度比16位、32位的更快.可以比較一下圖中的32位與64位CPU，64位的代碼流的數(shù)量沒有改變，其寬度隨著指令代碼的寬度而變化;而數(shù)據(jù)流的寬度則增加了一倍。雖然理論上在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)64位系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量是32位系統(tǒng)的兩倍，但理論和現(xiàn)實(shí)通常都是有差距的。
要注意的是，CPU不只需要位寬夠?qū)挼募拇嫫?，也需要足夠?shù)量的寄存器，以確保大量數(shù)據(jù)處理。因此為了容納更多的數(shù)據(jù)，寄存器和內(nèi)部數(shù)據(jù)通道也必須加倍，因此在64位CPU中的寄存器位數(shù)一般是32位CPU中的兩倍。不過，雖然寄存器位數(shù)增加了，但正在執(zhí)行指令的指令寄存器卻都是一樣的，即數(shù)據(jù)流加倍而指令流不變。此外，增加數(shù)據(jù)位數(shù)還可以擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。在通常使用的十進(jìn)制中，只能得到最多10個(gè)整數(shù)(一位數(shù)情況下)，這是因?yàn)?~9中只有10個(gè)不同的符號(hào)來(lái)表示相應(yīng)的意思，想要表示10以上的數(shù)就需要增加一位數(shù)，兩位數(shù)(00-99)才可以表示100個(gè)數(shù)。可以得出十進(jìn)制的動(dòng)態(tài)范圍的計(jì)算公式：DR=10n (n表示數(shù)字位數(shù))。在二進(jìn)制體系中，相應(yīng)的我們可以得到公式：DR=2n，那么目前使用的32位就可以達(dá)到232=4.3×109，升級(jí)到64位之后，就可以達(dá)到264=1.8×1019。動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大了43億倍。提示：擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍可以在一定程度上提高寄存器中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。比如，當(dāng)使用32位系統(tǒng)處理氣象模擬運(yùn)算任務(wù)時(shí)，當(dāng)處理的數(shù)據(jù)超過32位所能提供的最大動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)諸如Overflow(超過了最大正整數(shù))或Underflow(低于最小的負(fù)整數(shù))的錯(cuò)誤提示，這樣寄存器中的數(shù)據(jù)就無(wú)法保證準(zhǔn)確。
除了運(yùn)算能力之外，與32位CPU相比，64位CPU的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的控制上。由于地址使用的是特殊的整數(shù)，而64位CPU的一個(gè)ALU(算術(shù)邏輯運(yùn)算器)和寄存器可以處理更大的整數(shù)，也就是更大的地址。傳統(tǒng)32位CPU的尋址空間最大為4GB，使得很多需要大容量?jī)?nèi)存的大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理程序在這時(shí)都會(huì)顯得捉襟見肘，形成了運(yùn)行效率的瓶頸。而64位的處理器在理論上則可以達(dá)到1800萬(wàn)個(gè)TB(1TB=1024GB)，將能夠徹底解決32位計(jì)算系統(tǒng)所遇到的瓶頸現(xiàn)象。