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在电脑上显示的总线程.主频.二级缓存?它们分别代表这什么意思?

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解决时间 2021-05-11 18:45
在电脑上显示的总线程.主频.二级缓存.内存?它们分别代表这什么意思?回答越详细点越好....感谢先..
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线程(thread),有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID,当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。另外,线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约,致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。
  线程是程序中一个单一的顺序控制流程.在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程.
  线程和进程的区别在于,子进程和父进程有不同的代码和数据空间,而多个线程则共享数据空间,每个线程有自己的执行堆栈和程序计数器为其执行上下文.多线程主要是为了节约CPU时间,发挥利用,根据具体情况而定. 线程的运行中需要使用计算机的内存资源和CPU
CPU主频


在电子技术中,脉冲信号是一个按一定电压幅度,一定时间间隔连续发出的脉冲信号。脉冲信号之间的时间间隔称为周期;而将在单位时间(如1秒)内所产生的脉冲个数称为频率。频率是描述周期性循环信号(包括脉冲信号)在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称;频率的标准计量单位是Hz(赫)。电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。频率在数学表达式中用“f”表示,其相应的单位有:Hz(赫)、kHz(千赫)、MHz(兆赫)、GHz(吉赫)。其中1GHz=1000MHz,1MHz=1000kHz,1kHz=1000Hz。计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是:s(秒)、ms(毫秒)、μs(微秒)、ns(纳秒),其中:1s=1000ms,1 ms=1000μs,1μs=1000ns。


  CPU的主频,即CPU内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。通常所说的某某CPU是多少兆赫的,而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。很多人认为CPU的主频就是其运行速度,其实不然。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,与CPU实际的运算能力并没有直接关系。主频和实际的运算速度存在一定的关系,但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系,因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标(缓存、指令集,CPU的位数等等)。由于主频并不直接代表运算速度,所以在一定情况下,很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以较低的主频,达到英特尔公司的Pentium 4系列CPU较高主频的CPU性能,所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式来命名。因此主频仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。


  CPU的主频不代表CPU的速度,但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。举个例子来说,假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令,那么当CPU运行在100MHz主频时,将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半,也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半,自然运算速度也就快了一倍。只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度,还与其它各分系统的运行情况有关,只有在提高主频的同时,各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后,电脑整体的运行速度才能真正得到提高。


  提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。由于CPU是在半导体硅片上制造的,在硅片上的元件之间需要导线进行联接,由于在高频状态下要求导线越细越短越好,这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。因此制造工艺的限制,是CPU主频发展的最大障碍之一。


  内存主频和CPU主频一样,习惯上被用来表示内存的速度,它代表着该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以MHz(兆赫)为单位来计量的。内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快。内存主频决定着该内存最高能在什么样的频率正常工作。目前较为主流的内存频率是333MHz和400MHz的DDR内存,以及667MHz和800MHz的DDR2内存。


  大家知道,计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。晶体振荡器控制着时钟速度,在石英晶片上加上电压,其就以正弦波的形式震动起来,这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来,这一变化的电流就是时钟信号。而内存本身并不具备晶体振荡器,因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的,也就是说内存无法决定自身的工作频率,其实际工作频率是由主板来决定的。


  DDR内存和DDR2内存的频率可以用工作频率和等效频率两种方式表示,工作频率是内存颗粒实际的工作频率,但是由于DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据,因此传输数据的等效频率是工作频率的两倍;而DDR2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的速度读/写数据,因此传输数据的等效频率是工作频率的四倍。例如DDR 200/266/333/400的工作频率分别是100/133/166/200MHz,而等效频率分别是200/266/333/400MHz;DDR2 400/533/667/800的工作频率分别是100/133/166/200MHz,而等效频率分别是400/533/667/800MHz。


  内存异步工作模式包含多种意义,在广义上凡是内存工作频率与CPU的外频不一致时都可以称为内存异步工作模式。首先,最早的内存异步工作模式出现在早期的主板芯片组中,可以使内存工作在比CPU外频高33MHz或者低33MHz的模式下(注意只是简单相差33MHz),从而可以提高系统内存性能或者使老内存继续发挥余热。其次,在正常的工作模式(CPU不超频)下,目前不少主板芯片组也支持内存异步工作模式,例如Intel 910GL芯片组,仅仅只支持533MHz FSB即133MHz的CPU外频,但却可以搭配工作频率为133MHz的DDR 266、工作频率为166MHz的DDR 333和工作频率为200MHz的DDR 400正常工作(注意此时其CPU外频133MHz与DDR 400的工作频率200MHz已经相差66MHz了),只不过搭配不同的内存其性能有差异罢了。再次,在CPU超频的情况下,为了不使内存拖CPU超频能力的后腿,此时可以调低内存的工作频率以便于超频,例如AMD的Socket 939接口的Opteron 144非常容易超频,不少产品的外频都可以轻松超上300MHz,而此如果在内存同步的工作模式下,此时内存的等效频率将高达DDR 600,这显然是不可能的,为了顺利超上300MHz外频,我们可以在超频前在主板BIOS中把内存设置为DDR 333或DDR 266,在超上300MHz外频之后,前者也不过才DDR 500(某些极品内存可以达到),而后者更是只有DDR 400(完全是正常的标准频率),由此可见,正确设置内存异步模式有助于超频成功。


  说到处理器主频,就要提到与之密切相关的两个概念:倍频与外频,外频是CPU的基准频率,单位也是MHz。外频是CPU与主板之间同步运行的速度,而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度,在这种方式下,可以理解为CPU的外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态;倍频即主频与外频之比的倍数。主频、外频、倍频,其关系式:主频=外频×倍频。早期的CPU并没有“倍频”这个概念,那时主频和系统总线的速度是一样的。随着技术的发展,CPU速度越来越快,内存、硬盘等配件逐渐跟不上CPU的速度了,而倍频的出现解决了这个问题,它可使内存等部件仍然工作在相对较低的系统总线频率下,而CPU的主频可以通过倍频来无限提升(理论上)。我们可以把外频看作是机器内的一条生产线,而倍频则是生产线的条数,一台机器生产速度的快慢(主频)自然就是生产线的速度(外频)乘以生产线的条数(倍频)了。现在的厂商基本上都已经把倍频锁死,要超频只有从外频下手,通过倍频与外频的搭配来对主板的跳线或在BIOS中设置软超频,从而达到计算机总体性能的部分提升。所以在购买的时候要尽量注意CPU的外频。


  目前的主板芯片组几乎都支持内存异步,英特尔公司从810系列到目前较新的875系列都支持,而威盛公司则从693芯片组以后全部都提供了此功能。


CPU主频的:“外频”和“倍频”


外频也叫CPU外部频率或基频,计量单位为“MHz“。CPU的主频与外频有一定的比例(倍频)关系,由于内存和设置在主板上的L2Cache的工作频率与CPU外频同步,所以使用外频高的CPU组装电脑,其整体性能比使用相同主频但外频低一级的CPU要高。这项参数关系试用于主板的选择。



  倍频 系数是CPU主频和外频之间的比例关系,一般为:主频=外频*倍频。Intel公司所有CPU(少数测试产品例外)的倍频 通常已被锁定(锁频),用户无法用调整倍频的方法来调整CPU的主频,但仍然可以通过调整外频为设置不同的主频。AMD和其它公司的CPU未锁频。



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  右击桌面上的“我的电脑”图标,选择“属性”,就可以看到了!



  最简单的办法就是开机安pasue break此时由于是系统开机自检,就可以看出BIOS里的CPU频率了!



  用 CrystalCPUID软件看。这是一款处理器信息检测超频工具。和WCPUID功能基本相同,但是CrystalCPUID对处理器支持的范围更广。CrystalCPUID支持几乎所有类型的处理器检测,最特别的是CrystalCPUID具备完整的处理器及系统资讯。


频、外频和前端总线的关系


CPU的主频随着技术进步和市场需求的提升而不断提高,但外部设备所能承受的频率极限与CPU核心无法相提并论,于是外频的概念产生了。一般说来,我们现在能见到的标准外频有100MHz、133MHz,甚至更高的166MHz,目前又有了200MHz的高外频。CPU的工作频率(主频)包括两部分:外频与倍频,两者的乘积就是主频。倍频的全称为倍频系数。CPU的主频与外频之间存在着一个比值关系,这个比值就是倍频系数,简称倍频。倍频可以从1.5一直到23以至更高,以0.5为一个间隔单位。外频与倍频相乘就是主频(主频=外频×倍频),所以其中任何一项提高都可以使CPU的主频上升。



  我们知道,电脑有许多配件,配件不同,速度也就不同。在286、386和早期的486电脑里,CPU的速度不是太高,和内存保持一样的速度。后来随着CPU速度的飞速提升,内存由于电气结构关系,无法象CPU那样提升很高的速度(就算现在内存达到400、533,但跟CPU的几个G的速度相比,根本就不是一个级别的),于是造成了内存和CPU之间出现了速度差异。在486之前,CPU的主频还处于一个较低的阶段,CPU的主频一般都等于外频。而在486出现以后,由于CPU工作频率不断提高,而PC机的一些其他设备(如插卡、硬盘等)却受到工艺的限制,不能承受更高的频率,因此限制了CPU频率的进一步提高。因此出现了倍频技术,该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数,从而通过提升倍频而达到提升主频的目的。倍频技术就是使外部设备可以工作在一个较低外频上,而CPU主频是外频的倍数。



  在Pentium时代,CPU的外频一般是60/66MHz,从Pentium Ⅱ 350开始,CPU外频提高到100MHz,目前CPU外频已经达到了200MHz。由于正常情况下外频和内存总线频率相同,所以当CPU外频提高后,与内存之间的交换速度也相应得到了提高,对提高电脑整体运行速度影响较大。



  CPU主频、外频和前端总线(FSB)频率的单位都是Hz,目前通常是以MHz和GHz作为计量单位。需要注意的是不要将外频和FSB频率混为一谈,我们时常在IT媒体上可以看见一些外频800MHz、533MHz的词语,其实这些是把外频和FSB给混淆了。例如Pentium 4处理器的外频目前有100MHz和133MHz两种,由于Intel使用了四倍传输技术,受益于Pentium4处理器的四倍数据传输(QDR,Quad data Rate)总线。该技术可以使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据,也就是传输效率是原来的4倍,相当于用了4条原来的前端总线来和内存发生联系。在外频仍然是133MHZ(如P4 Northwood处理器)的时候,前端总线的速度增加4倍变成了133×4=533MHZ,当外频升到200MHZ,前端总线变成800MHZ,所以你会看到533前端总线的P4和800前端总线的P4,就是这样来的。他们的实际外频只有133和200。即FSB=CPU外频×4。AMD Athlon 64处理器基于同样的道理,也将会以200MHz外频支持800MHz的前端总线频率。但是对于AMD Athlon XP处理器,因其前端总线使用双倍数据传输技术(DDR,Double Date Rate),它的前端总线频率为外频的两倍,所以外频200MHz的Athlon XP处理器的前端总线频率为400MHz。对于早期的处理器,如Pentium III,其外频和前端总线频率是相等的。



  前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时),前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术,或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。



  FSB是将CPU连接到北桥芯片的总线,也是CPU和外界交换数据的主要通道,因此前端总线的数据传输能力对整机性能影响很大,数据传输最大带宽取决于所有同时传输数据的宽度和传输频率,即数据带宽=总线频率×数据位宽÷8。例如Intel公司的PⅡ 333使用6 6MHz的前端总线,所以它与内存之间的数据交换带宽为528MB/s =(66×64)/8,而其PⅡ 350则使用100MHz的前端总线,所以其数据交换峰值带宽为800MB/s=(100×64)/8。再比如Intel 845芯片组只支持单通道DDR333内存,所以理论最高内存带宽为333MHz×8Bytes(数据宽度)=2.7GB/s,而Intel 875平台在双通道下的内存带宽最高可达400MHz×8Bytes(数据宽度)×2=6.4GB/s。目前PC机常用的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz几种。



  提到外频,我们就顺便再说一下PCI工作频率。目前电脑上的硬盘、声卡等许多部件都是采用PCI总线形式,并且工作在33MHz的标准工作频率之下。PCI总线频率并不是固定的,而是取决于系统总线速度,也就是外频。当外频为66MHz时,主板通过二分频技术令PCI设备保持33MHz的工作频率;而当外频提高到100MHz时,三分频技术一样可以令PCI设备的工作频率不超标;在采用四分频、五分频技术的主板上,当外频为133MHz、166MHz时,同样可以让PCI设备工作在33MHz。但是如果外频并没有采用上述标准频率,而是定格如75MHz、83MHz之下,则PCI总线依然只能用二分频技术,从而令PCI系统的工作频率为37.5MHz甚至是41.5MHz。这样一来,许多部件主必须工作在非额定频率之下,是否能够正常运作就要取决于产品本身的质量了。此时,硬盘能否撑得住是最关键的,因为PCI总线提升后,硬盘与CPU的数据交换速度增加,极有可能导致读写不正常,从而产生死机。



  高外频对系统的影响呈两面性,有利因素可归结为两个,一是提升CPU乃至整体系统的执行效率,二是增加系统可以获得的内存带宽。两者带来的最终结果自然是整体性能明显提升。



  因此从上面我们可以看出,外频对系统性能起着决定性的作用:CPU的主频由倍频和外频综合决定,前端总线频率根据采用的传输技术由外频来决定,主板的PCI频率由外频和分频倍数决定,内存子系统的数据带宽也受外频决定。



  高外频系统需要有足够的内存带宽满足系统需要。理论而言,前端总线与内存规格同步是最有效率的内存系统工作模式。要想充分发挥200MHz外频的性能,内存带宽就要与外频、前端总线相匹配,否则,内存就会成为系统瓶颈。起初,英特尔之所以采用DDR内存,并不是看重了DDR的性能,而是因为RDRAM内存的价格过于昂贵,用户无法接受。在主流市场上,英特尔所提供的内存规格一直无法满足处理器带宽的需要,始终给人以落后一步的感觉。只是在高端平台上,双通道DDR和双通道RDRAM内存才刚好够用。



  当外频为200MHz时,前端总线达到800MHz后,带宽也随之提高到6.4GB/s,采用双通道DDR400可以解决匹配问题,双通道DDR400的内存带宽将达到6.4GB/s,刚好可以满足需要。对于Athlon XP来说,因其前端总线为400MHz时,带宽为3.2GB/s,单通道DDR400内存带宽为3.2GB/s,也可以满足系统需求。因此,在未来的时间里,DDR400将会大行其道。这也是为什么英特尔转而支持DDR400的原因所在。



  200MHz的外频、800MHz的前端总线及配合双通道DDR400,将PC的系统性能推到了一个新的台级,并且极大地满足未来的需要,而且还具有相当大的升级空间。


CPU二级缓存
  CPU缓存(Cache Memory)位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度。由此可见,在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案,这样整个内存储器(缓存+内存)就变成了既有缓存的高速度,又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大,主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的。

  缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时,首先从缓存中查找,如果找到就立即读取并送给CPU处理;如果没有找到,就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理,同时把这个数据所在的数据块调入缓存中,可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行,不必再调用内存。

  正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高(大多数CPU可达90%左右),也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中,只有大约10%需要从内存读取。这大大节省了CPU直接读取内存的时间,也使CPU读取数据时基本无需等待。总的来说,CPU读取数据的顺序是先缓存后内存。

  最早先的CPU缓存是个整体的,而且容量很低,英特尔公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类。当时集成在CPU内核中的缓存已不足以满足CPU的需求,而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量。因此出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存,此时就把 CPU内核集成的缓存称为一级缓存,而外部的称为二级缓存。一级缓存中还分数据缓存(Data Cache,D-Cache)和指令缓存(Instruction Cache,I-Cache)。二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令,而且两者可以同时被CPU访问,减少了争用Cache所造成的冲突,提高了处理器效能。英特尔公司在推出Pentium 4处理器时,用新增的一种一级追踪缓存替代指令缓存,容量为12KμOps,表示能存储12K条微指令。

  随着CPU制造工艺的发展,二级缓存也能轻易的集成在CPU内核中,容量也在逐年提升。现在再用集成在CPU内部与否来定义一、二级缓存,已不确切。而且随着二级缓存被集成入CPU内核中,以往二级缓存与CPU大差距分频的情况也被改变,此时其以相同于主频的速度工作,可以为CPU提供更高的传输速度。

  二级缓存是CPU性能表现的关键之一,在CPU核心不变化的情况下,增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异,由此可见二级缓存对于CPU的重要性。

  CPU在缓存中找到有用的数据被称为命中,当缓存中没有CPU所需的数据时(这时称为未命中),CPU才访问内存。从理论上讲,在一颗拥有二级缓存的CPU中,读取一级缓存的命中率为80%。也就是说CPU一级缓存中找到的有用数据占数据总量的80%,剩下的20%从二级缓存中读取。由于不能准确预测将要执行的数据,读取二级缓存的命中率也在80%左右(从二级缓存读到有用的数据占总数据的16%)。那么还有的数据就不得不从内存调用,但这已经是一个相当小的比例了。目前的较高端的CPU中,还会带有三级缓存,它是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存,在拥有三级缓存的CPU中,只有约5%的数据需要从内存中调用,这进一步提高了CPU的效率。

  为了保证CPU访问时有较高的命中率,缓存中的内容应该按一定的算法替换。一种较常用的算法是“最近最少使用算法”(LRU算法),它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局。因此需要为每行设置一个计数器,LRU算法是把命中行的计数器清零,其他各行计数器加1。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算法,其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出缓存,提高缓存的利用率。

  CPU产品中,一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一级缓存容量各产品之间相差不大,而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的,容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加,要在有限的CPU面积上集成更大的缓存,对制造工艺的要求也就越高

  CPU的二级缓存一般情况下你感觉不是很明显。但是它的作用却不可忽视。它是暂存CPU运算时的数据的。硬盘的缓存主要在读/写的时候很突出。是CPU的二级缓存是在运行时候突出出来的,两者相比不是很明显。

  你认为如果大于521K的和1M的都一样的话。英特尔恭喜为什么还推出1M的呢?他为什么不把1M的缓存分成两个512K的放在两个CPU上从而降低成本呢?你用两台同样配置的电脑放上两个不同的CPU。一个放P42.8E(1M二级缓存)。另一个放P42.8C(521K)的。然后同时运行1G左右视频转换!你会发现2.8E的要比2.8C的快1/5左右。
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