CPU的流水线和IPC分别是什么概念?

发布于2021-12-28 17:31:04
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admin
网友回答2021-12-28
IPC(instruction per clock)  实际上是频率和IPC在真正影响CPU性能。准确的CPU性能判断标准应该是:CPU性能=IPC(CPU每一时钟周期内所执行的指令多少)×频率(MHz时钟速度),这个公式最初由英特尔提出并被业界广泛认可。
如果将英特尔用于企业级服务器的主频为800MHz的安腾处理器(英特尔的*系列CPU)与用于台式机的主频为1800MHz的奔腾4处理器进行对比,我们就会发现:主频仅为800MHz的安腾处理器在性能上竟然比主频高达1800MHz的奔腾4处理器还要强大。
计算机流水线  计算机流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—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—6步后再由这些电路单元分别执行,这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令,因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水,即指令预取、译码、执行、写回结果,浮点流水又分为八级流水。
计算机流水线(Pipeline)技术是目前广泛应用于微处理芯片(CPU)中的一项关键技术,计算机流水线技术指的是对CPU内部的各条指令的执行方式的一种形容,要了解它,就必须先了解指令及其执行过程。1、计算机指令及其执行过程  计算机指令,就是告诉CPU要做什么事的一组特定的二进制集合。如果我们将CPU比喻成一个加工厂,那么,一条指令就好比一张订单,它引发了CPU_加工厂的一系列动作,最后分别得到了运算结果和产品。那么,它们到底是怎样工作的呢?首先,要有一个接收订单的部门——CPU的取指令机构;其次,还要有完成订单的车间——CPU的执行指令机构。在工厂中,一张订单上的产品被分成了许多道工序,而指令亦在CPU中转换成了许多条对应的微操作,依次完成它们,就执行完了整条指令。2、执行指令的方式及流水线技术  在低档的CPU中,指令的执行是串行的,简单地说,就是执行完了一条指令后、再执行下一条指令,好比我们上面提到的那个加工厂在创业之初,只有一间小车间及孤军奋战的老板,那么,当他接到一张订单之后,他必然忙于完成第1张订单,而没有能力去接第2张订单。这样接订单→完成订单→接订单→……取指令→执行指令→取指令→……是一个串行的过程。后来,老板发现接受订单不费太多时间,而且他还有了一个帮工,他们可以相互独立地工作,这样,老板就在完成上张订单产品的同时,接受下一张订单的订货。这表现在CPU上就是取指令机构与执行指令机构的分开,这样从CPU整体来看,CPU在执行上条指令的同时,又在并行地取下条指令。这在CPU技术上是一个质的飞跃,它使得CPU从串行工作变为并行工作,从而具有了流水线的雏型。
CPU在完成了上面这一步之后,剩下的就是如何提高并行处理能力的问题了,CPU的设计者们从加工厂的装配线得到启发,将一条指令的执行分解成了许多各不相同的多个工序_微指令,从而极大地简化了指令的复杂度,简化了逻辑设计,提高了速度。在具有流水线技术的CPU中,上条指令刚执行完第一道“工序”,马上第二条指令就加入了流水线中,开始执行。很明显,这种流水线技术要求有多个执行单元,这在X86芯片中均得到了实现。
通过上面的介绍,我们已经了解到什么是流水线技术,这虽不是一种创新,但在技术的实现上则是一大难关,是CPU设计者对计算机发展的一大贡献。
admin
网友回答2021-12-28
低档的CPU中,指令的执行是串行的,简单地说,就是执行完了一条指令后,再执行下一条指令,好比我们上面提到的那个加工厂在创业之初,只有一间小车间及孤军奋战的老板,那么,当他接到一张订单之后,他必然忙于完成第1张订单,而没有能力去接第2张订单。这样接订单→完成订单→接订单→……取指令→执行指令→取指令→……是一个串行的过程。后来,老板发现接受订单不费太多时间,而且他还有了一个帮工,他们可以相互独立地工作,这样,老板就在完成上张订单产品的同时,接受下一张订单的订货。这表现在CPU上就是取指令机构与执行指令机构的分开,这样从CPU整体来看,CPU在执行上条指令的同时,又在并行地取下条指令。这在CPU技术上是一个质的飞跃,它使得CPU从串行工作变为并行工作,从而具有了流水线的雏型。
CPU在完成了上面这一步之后,剩下的就是如何提高并行处理能力的问题了,CPU的设计者们从加工厂的装配线得到启发,将一条指令的执行分解成了许多各不相同的多个工序__微指令,从而极大地简化了指令的复杂度,简化了逻辑设计,提高了速度。在具有流水线技术的CPU中,上条指令刚执行完第一道“工序”,马上第二条指令就加入了流水线中,开始执行。很明显,这种流水线技术要求有多个执行单元,这在X86芯片中均得到了实现。
admin
网友回答2021-12-28
p4 c 也就是早期的northwood核心是20条。
后来新架构。775 Prescott 核心的奔4 是31条。

酷睿2 是14条。

流水线少,如果配合先进的寄存器,效率就较高。
流水线多,便于提升频率。但效率底下,奔4就叫高频低能。当然现在工艺技术更高,所以14条流水线的酷睿2也能达到很高的频率。不过世界记录还是p4 保持的,8.3Ghz。
admin
网友回答2021-12-28
  只有多核才是性能和功耗平衡的最佳方案,只是软件编写有一定难度。
多流水线有利于提高主频,但是多流水线发生拥塞后损失的性能也很大。
另外高主频后功耗将是指数级别提升的,因为高主频下漏电率增加,为了能稳定运行,必然要提高电压,而同架构下CPU的功耗是和电压的平方乘以主频成正比的。
  所以主频高到一定程度后,继续提升主频,功耗要炸裂了。
  台式机有风扇有插电源,一般人对这个不太敏感,手机界对这个可是非常敏感。

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