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CPU 频率如何影响性能？

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CPU 频率如何影响性能？

CPU 频率如何影响性能？如果我们有两个具有相同架构但速度不同的 CPU，它们的性能如何？

1）8 核 Ivy Bridge CPU @ 2.4
2）8 核 Ivy Bridge CPU @ 2.7

我如何从数学上计算出性能的差异？

有人可能会说：2.7 > 2.4，高出 12%。那么，2.4 GHz 的 CPU 会比 2.7 的 CPU 慢 12% 吗？

答案1

一般情况下，您无法根据频率确定性能。如果 CPU 属于同一系列（不仅是相同的架构）——我的意思是除了时钟速度之外，其他方面都相同——那么更快的系统的最大性能将更快，所以是的，在您的示例中，CPU 的最大速度将快 12%。

但是，当然，这并不是全部。大多数系统都会受到 CPU 以外的因素的瓶颈，在这种情况下，更快的 CPU 不会提高您的性能（例如，如果您正在等待磁盘、网络或用户输入）。

如果 CPU 不属于同一产品线，您能做的最好的事情就是通过查找 CPU 基准测试中的“Passmark”并据此进行计算来粗略地估计性能。这非常粗略，但一旦您了解了应用程序如何处理线程，这是一种比较 CPU 的好方法。此外，比较 Intel Ark 中的 CPU 将帮助您确定它们在时钟速度以外的所有方面是否相同。（例如，通过显示不同的指令集支持、缓存等）

答案2

每条 CPU 指令需要若干个周期才能完成。每个周期所花的时间是 1 除以 CPU 的速度。

然而，很难将其与性能线性关联，因为：

  • CPU 指令在不同条件和使用方式下消耗的周期数也不同。

  • 现代 CPU 长期以来都是“流水线式”并且“超标量”的 - 本质上意味着每个周期，CPU 实际上可能正在处理几条指令的几个部分，甚至同时执行多条指令。

  • 加速功能会在 CPU 实际执行之前“预加载”指令流，从而影响即将执行的指令的性能 - 例如分支预测和寄存器重命名。

  • 现代 CPU 有一个指令缓存。缓存中的内容对性能有很大影响。与 CPU 速度相比，等待从 RAM 加载指令会耗费很多周期。

  • 现代 CPU 有一个数据缓存。CPU 经常执行读取/写入内存的指令，同样会受到此缓存状态的影响。

有人可能会说：2.7 > 2.4，高出 12%。那么，2.4 GHz 的 CPU 会比 2.7 的 CPU 慢 12% 吗？

您可以说，从技术上来说这是正确的 - CPU A 的运行速度比 CPU B 快 12%。但是 CPU 速度提高 12%（即使采用完全相同的微架构）并不意味着代码执行性能提高 12%。

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