计算机的运算速度取决于什么

通常，计算机的运算速度取决于主频，还与字长、运算位数、传输位数、存取速度、通用寄存器数量以及总线结构等硬件特性有关。对所有的计算机来讲，运算速度都是一项重要的性能指标。

运算速度是计算机进行数值计算、信息处理的快慢程度，以“次每秒”表示。如某种型号的微型计算机具有运算速度是100万次每秒，则说明这种微机在一秒钟内可执行加法指令100万次。

现在微型计算机常以主频来衡量运算速度。微型计算机是在统一的时钟脉冲控制下按固定的节拍进行工作。每秒钟内的节拍数称作微机主频。微型计算机执行一条指令约需一个或几个节拍。主频越高，执行指令的时间越短，运算速度就越快。

按综合性能指标，将计算机分为如下5大类：
1、高性能计算机
高性能计算机也就是俗称的超级计算机，或者以前说的巨型机。目前国际上对高性能计算机的最为权威的评测是世界计算机排名(即TOP500)，通过测评的计算机是目前世界上运算速度和处理能力均堪称一流的计算机。我国生产的曙光4000A、联想深腾6800都进入了排行榜，这标志着我国高性能计算机的研究和发展取得了可喜的成绩。在2004年公布的全球高性能计算机TOP500诽行榜中，曙光4000A以11万亿次/s的峰值速度和80 610亿次/s Linpack计算值位列全球第十。至此，中国已成为继美国、日本之后的第3个进入世界前十位的高性能计算机应用的国家。目前曙光4000A落户上海超级计算中心。
2、微型计算机
大规模集成电路及超大规模集成电路的发展是微型计算机得以产生的前提。通过集触电路技术将计算机的核心部件运算器和控制器集成在一块大规模或放大规模集成电路芯片上，统称为中央处理器(CPU，Central Processing Unit)。中央处理器是微型计算机的核心部件，是微型计算机的心脏。目前微型计算机已广泛应用于办公、学习、娱乐等社会生活的方方面面，是发展最快、应用最为普及的计算机。我们日常使用的台式计算机、笔记本计算机、掌上型计算机等都是微型引算机。
3、工作站
工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显尔器及容量很大的内存储器和外部存储器，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力。工作站主要是为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设汁开发的同性能微型计算机。
需要指出的是，这里所说的工作站不同于计算机网络系统中的工作站概念，计算机网络系统中的工作站仅是网络中的任何一台普通微型机或终端，只是网络中的任一用户节点。
4、服务器
服务器是指在网络环境下为网上多个用户提供共享信息资源和各种服务的一种高性能计算机，在服务器上需要安装网络 *** 作系统、网络协议和各种网络服务软件。服务器主要为网络用广提供文件、数据库、应用及通信方面的服务。
5、嵌入式计算机
嵌入式计算机是指嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统。嵌人式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为是础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般出以入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式 *** 作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。例如，我们日常生活中使用的电冰箱、全自动洗衣机、空调、电饭煲、数码产品等都采用嵌入式计算机技术。

1、CPU，这个主要取决于频率和二级缓存，频越高、二级缓存越大，速度越快，未来CPU会有三级缓存、四级缓存等，都影响响应速度。
2、内存，内存的存取速度取决于接口、颗粒数量多少与储存大小（包括内存的接口,如：SDRAM133，DDR233，DDR2-533，DDR3-800），一般来说，内存越大，处理数据能力越强，速度就越快。
3、主板，主要还是处理芯片，如：笔记本i965比i945芯片处理能力更强，i945比i910芯片在处理数据的能力又更强些，依此类推。
4、硬盘，硬盘在日常使用中，考虑得少一些，不过也有是有一些影响的，首先，硬盘的转速（分：高速硬盘和低速硬盘，高速硬盘一般用在大型服务器中，如：10000转，15000转；低速硬盘用在一般电脑中，包括笔记本电脑），台式机电脑一般用7200转，笔记本电脑一般用5400转，这主要是考虑功耗和散热原因。
　硬盘速度又因接口不同，速率不同，一般而言，分IDE和SATA（也就是常说的串口）接口，早前的硬盘多是IDE接口，相比之下，存取速度比SATA接口的要慢些。
　硬盘也随着市场的发展，缓存由以前的2M升到了8M或更大，就像CPU一样，缓存越大，速度会快些。
5、显卡：这项对运行超大程序软件的响应速度有着直接联系，如运行CAD2007，3DStudio、3DMAX等图形软件。显卡除了硬件级别上的区分外，也有“共享显存”技术的存在，和一般自带显存芯片的不同，就是该“共享显存”技术，需要从内存读取显存，以处理相应程序的需要。或有人称之为：动态显存。这种技术更多用在笔记本电脑中。
6、电源，这个只要功率足够和稳定性好，也就OK啦。
7、显示器：显示器与主板的接口也一样有影响，只是人们一般没有太在乎（请查阅显示设备相关技术资料）。

CPU的速度远远大于硬盘的速度，为了增加CPU使用率所以加入了闪存cache即咱们所说的内存，虽然硬盘的速度远远不如CPU速度，但硬盘的速度越快，还是能减少与CPU之间传输的逆差,减少CPU等待时间，从而增加CPU与硬盘即我们常说的存储器之间数据交换率。所以增加转速还是能相对增强CPU的使用率。不过对于个人电脑CPU和数据之间的传输没那么频繁和大流量，所以确实没什么影响。对于数据交换和CPU使用率要求高的地方比如服务器的硬盘有10000甚至15000转的。而咱们的个人电脑都7200转的，老笔记本的只有4200或者5200

CPU和内存CPU的类型、主频和数量在相当程度上决定着服务器的性能；服务器应采用专用的ECC校验内存，并且应当与不同的CPU搭配使用。

芯片组与主板即使采用相同的芯片组，不同的主板设计也会对服务器性能产生重要影响。

网卡服务器应当连接在传输速率最快的端口上，并最少配置一块千兆网卡。对于某些有特殊应用的服务器（如FTP、文件服务器或视频点播服务器），还应当配置两块千兆网卡。

硬盘和RAID卡硬盘的读取/写入速率决定着服务器的处理速度和响应速率。除了在入门级服务器上可采用IDE硬盘外，通常都应采用传输速率更高、扩展性更好的SCSI硬盘。对于一些不能轻易中止运行的服务器而言，还应当采用热插拔硬盘，以保证服务器的不停机维护和扩容。

磁盘冗余采用两块或多块硬盘来实现磁盘阵列；网卡、电源、风扇等部件冗余可以保证部分硬件损坏之后，服务器仍然能够正常运行。

热插拔是指带电进行硬盘或板卡的插拔 *** 作，实现故障恢复和系统扩容。

1、服务器处理器主频

服务器处理器主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频=外频×倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服务器来讲，这个认识也出现了偏差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在着很大的争议，我们从Intel的产品的发展趋势，可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。像其他的处理器厂家，有人曾经拿过一快1G的全美达来做比较，它的运行效率相当于2G的Intel处理器。

所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子:1GHzItanium芯片能够表现得差不多跟266GHzXeon/Opteron一样快，或是15GHzItanium2大约跟4GHzXeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。

当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

2、服务器前端总线(FSB)频率

前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽=(总线频率×数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是64GB/秒。

外频与前端总线(FSB)频率的区别:前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。

其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。之前我们知道IA-32架构必须有三大重要的构件:内存控制器Hub(MCH),I/O控制器Hub和PCIHub，像Intel很典型的芯片组Intel7501、Intel7505芯片组，为双至强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线带宽可达到43GB/秒。

但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题，而且更有效地提高了总线带宽，比方AMDOpteron处理器，灵活的HyperTransportI/O总线体系结构让它整合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话，前端总线(FSB)频率在AMDOpteron处理器就不知道从何谈起了。

3、处理器外频

外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说白了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频(当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，(台式机很多主板都支持异步运行)这样会造成整个服务器系统的不稳定。

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。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。

4、CPU的位和字长

位:在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是一“位”。

字长:电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别:由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。

5、倍频系数

倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应—CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，而AMD之前都没有锁。

6、CPU缓存

缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。

L1Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32—256KB。

L2Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB，有的高达2MB或者3MB。

其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MBL3缓存的Itanium2处理器，和以后24MBL3缓存的双核心Itanium2处理器。

但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MBL3缓存的XeonMP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。

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