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。這里給大家分享一些關(guān)于常見(jiàn)的CPU運(yùn)算，希望對(duì)大家能有所幫助。
CPU是如何進(jìn)行運(yùn)算的
1.數(shù)學(xué)運(yùn)算與數(shù)制轉(zhuǎn)換
在數(shù)學(xué)上，我們最常用的數(shù)制是十進(jìn)制，基礎(chǔ)運(yùn)算為加減乘除，而計(jì)算機(jī)不同，計(jì)算機(jī)只能識(shí)別1和0兩個(gè)數(shù)字(確切的說(shuō)是兩種電平)，所以計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制，而且計(jì)算機(jī)其實(shí)很笨，他只會(huì)計(jì)算加法，因此我們需要將十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，這樣才能讓計(jì)算機(jī)為我們計(jì)算。
2.加法運(yùn)算
加法運(yùn)算是計(jì)算機(jī)底層能進(jìn)行的唯一的運(yùn)算，就是通過(guò)這種唯一的運(yùn)算加以變換實(shí)現(xiàn)了更多更復(fù)雜的其他運(yùn)算。在數(shù)學(xué)運(yùn)算中，最簡(jiǎn)單的應(yīng)該就是0+1=1了，下面我們就以0+1為例來(lái)講述計(jì)算機(jī)是如何進(jìn)行計(jì)算的。上面說(shuō)到需要進(jìn)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換，下面有一個(gè)簡(jiǎn)單的表格，其中對(duì)應(yīng)了16以內(nèi)10進(jìn)制，16進(jìn)制，2進(jìn)制
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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 80286CPU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(méi)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)挼募拇嫫鳎残枰銐驍?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(guò)，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(guò)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(guò)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(jiàn)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)TB1TB=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。
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