CPU速度的计算方法和单位

作者：Sam (甄峰)  [email protected]

 

Sam这些年也算接触了很多嵌入式CPU， SoC等。每次看到CPU速度介绍，以及评估程序是否能跑得动时，就有些疑惑：因为资料中介绍CPU能力时方法很不统一，常见的有如下描述：

1. 工作频率可达400MHz。

2. CPU主频270MHz.

3. 1000 DMIPS双核MIPS处理器.

Sam就有些疑惑，该如何判断出谁的计算能力更强呢？

 

1. ＣＰＵ速度单位：ＭＩＰＳ

mips（million instruction per second：每秒百万条指令）. 单字长定点指令平均执行速度,指的是cpu执行指令的速度。

 

DMIPS:D是Dhrystone的缩写，他表示了在Dhrystone这样一种测试方法下的MIPS，Dhrystone是一种整数运算测试程序。

 

MFLOPS:是一种基于浮点运算的CPU测试程序，当然，这种测试的结果也以 MFLOPS来加以表示，代表了CPU处理浮点运算的能力。

 

 

2. CPU主频，工作频率等：

Sam理解是：CPU需要一个晶振，CPU采用的System Clock就是所以主频。例如：某外部晶振为12MHz.CPU则主频选用12MHz /2 为主频，则System Clock为 6MHz。

所以说：工作频率可达400MHz,其实就是指System Clock.

 

3. CPU频率（System Clock）与MIPS之间的关系：

不同架构（X86，ARM， MIPS等）CPU，MIPS与CPU频率之间的比率并不相同。

例如：ARM9ＣＰＵ，每MHz能处理1.2MIPS。意味着：400MHz的CPU，MIPS=400x1.2=480MIPS.

 

Sam常听说IA架构的MIPS与ARM，MIPS下的MIPS不能相同视之，自己感觉应该是x86架构与ARM，MIPS用的指令集不同，所以他可能一条指令完成的动作，ARM，MIPS等精简指令集需要多条指令才能完成。不知道理解对不对。

 

CPU数据处理能力：与不少因素都有关系，不如是否多核，每MHz处理多少个MIPS等。

例如：A CPU虽然400Mhz。但每MHz处理0.8个MIPS. B CPU 300MHz，但每MHz处理1.2个MIPS。

所以如果双方架构，指令集，core数目均相同。则A（400x0.8）处理速度小于B（300x1.2）

 

 

 

4. 流水线与CPU频率：

不同的流水线设计会产生一系列 硬件差异。让我们来比较一下ARM7和ARM9E的流水线，ARM9E从ARM7的3级流水线增加到了5级，ARM9E的流水线中容纳了更多的逻辑操作，但是每一级的逻辑操作却变得更为简单。比如原来 ARM7的第三级流水，需要先内部读取寄存器、然后进行相关的逻辑和算术运算，接着处理结果回写，完成的动作非常复杂；而在ARM9E的5级流水中，寄存器读取、逻辑运算、结果回写分散在不同的流水当中，使得每一级流水处理的动作非常简洁。这就使得 处理器的主频可以大幅度地提高。因为每一级流水都对应 CPU的一个时钟周期，如果一级流水中的逻辑过于复杂，使得执行时间居高不下，必然导致所需的时钟周期变长，造成CPU的主频不能提升。所以流水线的拉长，有利于CPU主频的提高。