參數

參數

參數,也叫參變數,是一個變數。 我們在研究當前問題的時候,關心某幾個變數的變化以及它們之間的相互關系,其中有一個或一些叫自變數,另一個或另一些叫因變數。如果我們引入一個或一些另外的變數來描述自變數與因變數的變化,引入的變數本來並不是當前問題必須研究的變數,我們把這樣的變數叫做參變數或參數。

基本概念

參數,也叫參變數,是一種變數。

參數參數

學科參數

統計學中

描述整體特征的概括性數位度量,它是研究者想要了解的整體的某種特征值。我們在研究當前問題的時候,關心某幾個變數的變化以及它們之間的相互關系,其中有一個或一些叫自變數,另一個或另一些叫因變數。如果我們引入一個或一些另外的變數來描述自變數與因變數的變化,引入的變數本來並不是當前問題必須研究的變數,我們把這樣的變數叫做參變數或參數。

英文名:Parameter

參數參數

數學中

參數思想貫徹于解析幾何中。對于幾何變數,人們用含有字母的代數式來表示變數,這個代數式叫作參數式,其中的字母叫做參數。用圖形幾何性質與代數關系來連立整式,進而解題。同時“參數法 ”也是許許多多解題技巧的源泉。

參數方程

在給定的平面直角坐標系中,如果曲線上任意一點的坐標x,y都是某個變數t的函式x=f(t),y=φ(t),⑴且對于t的每一個允許值,由方程組⑴所確定的點m(x,y)都在這條曲線上,那麽方程組⑴稱為這條曲線的參數方程,聯系x、y之間關系的變數稱為參變數,簡稱參數。

參數參數

類似地,也有曲線的極坐標參數方程ρ=f(t),θ=g(t)。

圓的參數方程 x=a+r cosθ y=b+r sinθ (a,b)為圓心坐標 r為圓半徑 θ為參數

橢圓的參數方程 x=a cosθ y=b sinθ a為長半軸 長 b為短半軸長 θ為參數

雙曲線的參數方程 x=a secθ (正割) y=b tanθ a為實半軸長 b為虛半軸長 θ為參數

拋物線的參數方程 x=2pt^2 y=2pt p表示焦點到準線的距離 t為參數

直線的參數方程 x=x'+tcosa y=y'+tsina,x',y'和a表示直線經過(x',y'),且傾斜角為a,t為參數.    

​CPU參數

主頻與外頻

主頻也叫時鍾頻率,單位是MHz,用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻=外頻×倍頻系數。很多人認為主頻就決定著CPU的運行速度,這不僅是個片面的,而且對于伺服器來講,這個認識也出現了偏差。至今,沒有一條確定的公式能夠實現主頻和實際的運算速度兩者之間的數值關系,即使是兩大處理器廠家Intel和AMD,在這點上也存在著很大的爭議,我們從Intel的產品的發展趨勢,可以看出Intel很註重加強自身主頻的發展。像其他的處理器廠家,有人曾經拿過一塊1G的全美達來做比較,它的運行效率相當于2G的Intel處理器。所以,CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關系的,主頻表示在CPU內數位脈沖信號震蕩的速度。在Intel的處理器產品中,我們也可以看到這樣的例子:1 GHz Itanium晶片能夠表現得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一樣快,或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標。當然,主頻和實際的運算速度是有關的,隻能說主頻僅僅是CPU性能表現的一個方面,而不代表CPU的整體性能。

外頻是CPU的基準頻率,單位也是MHz。CPU的外頻決定著整塊主機板的運行速度。說白了,在台式機中,我們所說的超頻,都是超CPU的外頻(當然一般情況下,CPU的倍頻都是被鎖住的)相信這點是很好理解的。但對于伺服器CPU來講,超頻是絕對不允許的。前面說到CPU決定著主機板的運行速度,兩者是同步運行的,如果把伺服器CPU超頻了,改變了外頻,會產生非同步運行,(台式機很多主機板都支持非同步運行)這樣會造成整個伺服器系統的不穩定。絕大部分電腦系統中外頻也是記憶體與主機板之間的同步運行的速度,在這種方式下,可以理解為CPU的外頻直接與記憶體相連通,實現兩者間的同步運行狀態。外頻與前端匯流排(FSB)頻率很容易被混為一談,下面的前端匯流排介紹我們談談兩者的區別。

匯流排頻率

匯流排頻率(即前端匯流排(FSB)頻率)是直接影響CPU與記憶體直接資料交換速度。有一條公式可以計算,即資料頻寬=(匯流排頻率×資料頻寬)/8,資料傳輸最大頻寬取決于所有同時傳輸的資料的寬度和傳輸頻率。比方,支持64位的至強Nocona,前端匯流排是800MHz,按照公式,它的資料傳輸最大頻寬是6.4GB/秒。外頻與前端匯流排(FSB)頻率的區別:前端匯流排的速度指的是資料傳輸的速度,外頻是CPU與主機板之間同步運行的速度。也就是說,100MHz外頻特指數位脈沖信號在每秒鍾震蕩一千萬次;而100MHz前端匯流排指的是每秒鍾CPU可接受的資料傳輸量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。其實在“HyperTransport”構架的出現,讓這種實際意義上的前端匯流排(FSB)頻率發生了變化。之前我們知道IA-32架構必須有三大重要的構件:記憶體控製器Hub (MCH),I/O控製器Hub和PCI Hub,像Intel很典型的晶片組Intel 7501、Intel7505晶片組,為雙至強處理器量身定做的,它們所包含的MCH為CPU提供了頻率為533MHz的前端匯流排,配合DDR記憶體,前端匯流排頻寬可達到4.3GB/秒。但隨著處理器性能不斷提高同時給系統架構帶來了很多問題。而“HyperTransport”構架不但解決了問題,而且更有效地提高了匯流排頻寬,比方AMD Opteron處理器,靈活的HyperTransport I/O匯流排體系結構讓它整合了記憶體控製器,使處理器不通過系統匯流排傳給晶片組而直接和記憶體交換資料。這樣的話,前端匯流排(FSB)頻率在AMD Opteron處理器就不知道從何談起了。

位和字長

位:在數位電路和電腦技術中採用二進位,代碼隻有“0”和“1”,其中無論是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。字長:電腦技術中對CPU在單位時間內(同一時間)能一次處理的二進位數的位數叫字長。所以能處理字長為8位資料的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內處理字長為32位的二進位資料。位元組和字長的區別:由于常用的英文字元用8位二進位就可以表示,所以通常就將8位稱為一個位元組。字長的長度是不固定的,對于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次隻能處理一個位元組,而32位的CPU一次就能處理4個位元組,同理字長為64位的CPU一次可以處理8個位元組。

倍頻系數

倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下,倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上,在相同外頻的前提下,高倍頻的CPU本身意義並不大。這是因為CPU與系統之間資料傳輸速度是有限的,一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會出現明顯的“瓶頸”效應—CPU從系統中得到資料的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。一般除了工程樣版的Intel的CPU都是鎖了倍頻的,而AMD之前都沒有鎖。

快取

快取大小也是CPU的重要指標之一,而且快取的結構和大小對CPU速度的影響非常大,CPU內快取的運行頻率極高,一般是和處理器同頻運作,工作效率遠遠大于系統記憶體和硬碟。實際工作時,CPU往往需要重復讀取同樣的資料塊,而快取容量的增大,可以大幅度提升CPU內部讀取資料的命中率,而不用再到記憶體或者硬碟上尋找,以此提高系統性能。但是由于CPU晶片面積和成本的因素來考慮,快取都很小。L1 Cache(一級快取)是CPU第一層高速快取,分為資料快取指令快取。內置的L1高速快取的容量和結構對CPU的性能影響較大,不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成,結構較復雜,在CPU管芯面積不能太大的情況下,L1級高速快取的容量不可能做得太大。一般伺服器CPU的L1快取的容量通常在32—256KB。L2 Cache(二級快取)是CPU的第二層高速快取,分內部和外部兩種晶片。內部的晶片二級快取運行速度與主頻相同,而外部的二級快取則隻有主頻的一半。L2高速快取容量也會影響CPU的性能,原則是越大越好,現在家庭用CPU容量最大的是512KB,而伺服器和工作站上用CPU的L2高速快取更高達256-1MB,有的高達2MB或者3MB。L3 Cache(三級快取),分為兩種,早期的是外置,現都是內置的。而它的實際作用即是,L3快取的套用可以進一步降低記憶體延遲,同時提升大資料量計算時處理器的性能。降低記憶體延遲和提升大資料量計算能力對遊戲都很有幫助。而在伺服器領域增加L3快取在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3快取的配置利用物理記憶體會更有效,故它比較慢的磁碟I/O子系統可以處理更多的資料請求。具有較大L3快取的處理器提供更有效的檔案系統快取行為及較短訊息和處理器佇列長度。其實最早的L3快取被套用在AMD發布的K6-III處理器上,當時的L3快取受限于製造工藝,並沒有被集成進晶片內部,而是集成在主機板上。在隻能夠和系統匯流排頻率同步的L3快取同主記憶體其實差不了多少。後來使用L3快取的是英特爾為伺服器市場所推出的Itanium處理器。接著就是P4EE和至強MP。Intel還打算推出一款9MB L3快取的Itanium2處理器,和以後24MB L3快取的雙核心Itanium2處理器。但基本上L3快取對處理器的性能提高顯得不是很重要,比方配備1MB L3快取的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對手,由此可見前端匯流排的增加,要比快取增加帶來更有效的性能提升。

擴展指令集

CPU依靠指令來計算和控製系統,每款CPU在設計時就規定了一系列與其硬體電路相配合的指令系統。指令的強弱也是CPU的重要指標,指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。從現階段的主流體系結構講,指令集可分為復雜指令集精簡指令集兩部分,而從具體運用看,如Intel的MMX(Multi Media Extended)、SSESSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的擴展指令集,分別增強了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。我們通常會把CPU的擴展指令集稱為"CPU的指令集"。SSE3指令集也是目前規模最小的指令集,此前MMX包含有57條命令,SSE包含有50條命令,SSE2包含有144條命令,SSE3包含有13條命令。目前SSE3也是最先進的指令集,英特爾Prescott處理器已經支持SSE3指令集,AMD會在未來雙核心處理器當中加入對SSE3指令集的支持,全美達的處理器也將支持這一指令集。

工作電壓

從586CPU開始,CPU的工作電壓分為核心電壓和I/O電壓兩種,通常CPU的核心電壓小于等于I/O電壓。其中核心電壓的大小是根據CPU的生產工藝而定,一般製作工藝越小,核心工作電壓越低;I/O電壓一般都在1.6~5V。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題。

製造工藝

製造工藝的微米是指IC內電路與電路之間的距離。製造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的IC電路設計,意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。現主要的180nm、130nm、90nm。官方已經表示有65nm的製造工藝了。

指令集

CISC指令集

CISC指令集,也稱為復雜指令集,英文名是CISC,(Complex Instruction Set Computer的縮寫)。在CISC微處理器中,程式的各條指令是按順序串列執行的,每條指令中的各個操作也是按順序串列執行的。順序執行的優點是控製簡單,但電腦各部分的利用率不高,執行速度慢。其實它是英特爾生產的x86系列(也就是IA-32架構)CPU及其兼容CPU,如AMD、VIA的。即使是新起的X86-64(也被成AMD64)都是屬于CISC的範疇。要知道什麽是指令集還要從當的X86架構的CPU說起。X86指令集是Intel為其第一塊16位CPU(i8086)專門開發的,IBM1981年推出的世界第一台PC機中的CPU—i8088(i8086簡化版)使用的也是X86指令,同時電腦中為提高浮點資料處理能力而增加了X87晶片,以後就將X86指令集和X87指令集統稱為X86指令集。雖然隨著CPU技術的不斷發展,Intel陸續研製出更新型的i80386、i80486直到過去的PII至強、PIII至強、Pentium 3,最後到今天的Pentium 4系列、至強(不包括至強Nocona),但為了保證電腦能繼續運行以往開發的各類應用程式以保護和繼承豐富的軟體資源,所以Intel公司所生產的所有CPU仍然繼續使用X86指令集,所以它的CPU仍屬于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU(如AMD Athlon MP、)都使用X86指令集,所以就形成了今天龐大的X86系列及兼容CPU陣容。x86CPU主要有intel的伺服器CPU和AMD的伺服器CPU兩類。

⑵RISC指令集RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的縮寫,中文意思是“精簡指令集”。它是在CISC指令系統基礎上發展起來的,有人對CISC機進行測試表明,各種指令的使用頻度相當懸殊,最常使用的是一些比較簡單的指令,它們僅佔指令總數的20%,但在程式中出現的頻度卻佔80%。復雜的指令系統必然增加微處理器的復雜性,使處理器的研製時間長,成本高。並且復雜指令需要復雜的操作,必然會降低電腦的速度。基于上述原因,20世紀80年代RISC型CPU誕生了,相對于CISC型CPU,RISC型CPU不僅精簡了指令系統,還採用了一種叫做“超標量和超流水線結構”,大大增加了並行處理能力。RISC指令集是高性能CPU的發展方向。它與傳統的CISC(復雜指令集)相對。相比而言,RISC的指令格式統一,種類比較少,定址方式也比復雜指令集少。當然處理速度就提高很多了。在中高檔伺服器中普遍採用這一指令系統的CPU,特別是高檔伺服器全都採用RISC指令系統的CPU。RISC指令系統更加適合高檔伺服器的作業系統UNIX,Linux也屬于類似UNIX的作業系統。RISC型CPU與Intel和AMD的CPU在軟體和硬體上都不兼容。在中高檔伺服器中採用RISC指令的CPU主要有以下幾類:PowerPC處理器、SPARC處理器、PA-RISC處理器、MIPS處理器、Alpha處理器。

⑶IA-64 EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers,精確並行指令電腦)是否是RISC和CISC體系的繼承者的爭論已經有很多,單以EPIC體系來說,它更像Intel的處理器邁向RISC體系的重要步驟。從理論上說,EPIC體系設計的CPU,在相同的主機配置下,處理Windows的套用軟體比基于Unix下的套用軟體要好得多。Intel採用EPIC技術的伺服器CPU是安騰Itanium(開發代號即Merced)。它是64位處理器,也是IA-64系列中的第一款。微軟也已開發了代號為Win64的作業系統,在軟體上加以支持。在Intel採用了X86指令集之後,它又轉而尋求更先進的64-bit微處理器,Intel這樣做的原因是,它們想擺脫容量巨大的x86架構,從而引入精力充沛而又功能強大的指令集,于是採用EPIC指令集的IA-64架構便誕生了。IA-64 在很多方面來說,都比x86有了長足的進步。突破了傳統IA32架構的許多限製,在資料的處理能力,系統的穩定性、安全性、可用性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。IA-64微處理器最大的缺陷是它們缺乏與x86兼容,而Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟體,它在IA-64處理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解碼器,這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器並不是最有效率的解碼器,也不是運行x86代碼的最好途徑(最好的途徑是 直接在x86處理器上運行x86代碼),因此Itanium 和Itanium2在運行x86應用程式時候的性能非常糟糕。這也成為X86-64產生的根本原因。

⑷X86-64 (AMD64 / EM64T)AMD公司設計,可以在同一時間內處理64位的整數運算,並兼容于X86-32架構。其中支持64位邏輯定址,同時提供轉換為32位定址選項;但資料操作指令默認為32位和8位,提供轉換成64位和16位的選項;支持常規用途暫存器,如果是32位運算操作,就要將結果擴展成完整的64位。這樣,指令中有“直接執行”和“轉換執行”的區別,其指令欄位是8位或32位,可以避免欄位過長。x86-64(也叫AMD64)的產生也並非空穴來風,x86處理器的32bit定址空間限製在4GB記憶體,而IA-64的處理器又不能兼容x86。AMD充分考慮顧客的需求,加強x86指令集的功能,使這套指令集可同時支持64位的運算模式,因此AMD把它們的結構稱之為x86-64。在技術上AMD在x86-64架構中為了進行64位運算,AMD為其引入了新增了R8-R15通用暫存器作為原有X86處理器暫存器的擴充,但在而在32位環境下並不完全使用到這些暫存器。原來的暫存器諸如EAX、EBX也由32位擴張至64位。在SSE單元中新加入了8個新暫存器以提供對SSE2的支持。暫存器數量的增加將帶來性能的提升。與此同時,為了同時支持32和64位代碼及暫存器,x86-64架構允許處理器工作在以下兩種模式:Long Mode(長模式)和Legacy Mode(遺傳模式),Long模式又分為兩種子模式(64bit模式和Compatibility mode兼容模式)。該標準已經被引進在AMD伺服器處理器中的Opteron處理器。而06年也推出了支持64位的EM64T技術,再還沒被正式命為EM64T之前是IA32E,這是英特爾64位擴展技術的名字,用來區別X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode,和AMD的X86-64技術類似,採用64位的線性平面定址,加入8個新的通用暫存器(GPRs),還增加8個暫存器支持SSE指令。與AMD相類似,Intel的64位技術將兼容IA32和IA32E,隻有在運行64位作業系統下的時候,才將會採用IA32E。IA32E將由2個sub-mode組成:64位sub-mode和32位sub-mode,同AMD64一樣是向下兼容的。Intel的EM64T將完全兼容AMD的X86-64技術。Nocona處理器已加入了一些64位技術,Intel的Pentium 4E處理器也支持64位技術。應該說,這兩者都是兼容x86指令集的64位微處理器架構,但EM64T與AMD64還是有一些不一樣的地方,AMD64處理器中的NX位在Intel的處理器中將沒有提供。

超流水線與超標量

在解釋超流水線超標量前,先了解流水線(pipeline)。流水線是Intel首次在486晶片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業生產上的裝配流水線。在CPU中由5—6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線,然後將一條X86指令分成5—6步後再由這些電路單元分別執行,這樣就能實現在一個CPU時鍾周期完成一條指令,因此提高CPU的運算速度。經典奔騰每條整數流水線都分為四級流水,即指令預取、解碼執行、寫回結果,浮點流水又分為八級流水。超標量是通過內置多條流水線來同時執行多個處理器,其實質是以空間換取時間。而超流水線是通過細化流水、提高主頻,使得在一個機器周期內完成一個甚至多個操作,其實質是以時間換取空間。例如Pentium 4的流水線就長達20級。將流水線設計的步(級)越長,其完成一條指令的速度越快,因此才能適應工作主頻更高的CPU。但是流水線過長也帶來了一定副作用,很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象,Intel的奔騰4就出現了這種情況,雖然它的主頻可以高達1.4G以上,但其運算性能卻遠遠比不上AMD 1.2G的速龍甚至奔騰III。

封裝形式

CPU封裝是採用特定的材料將CPU晶片或CPU模組固化在其中以防損壞的保護措施,一般必須在封裝後CPU才能交付使用者使用。CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設計,從大的分類來看通常採用Socket插座進行安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)方式封裝,而採用Slot x槽安裝的CPU則全部採用SEC(單邊接插盒)的形式封裝。還有PLGA(Plastic Land Grid Array)、OLGA(Organic Land Grid Array)等封裝技術。由于市場競爭日益激烈,CPU封裝技術發展方向以節約成本為主

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