CPU时钟周期的那些事儿

一、CPU时钟周期和指令周期

1.1 时钟周期

主频：代表CPU内部的主时钟频率；主频倒数是CPU时钟周期，通常以MHz(兆赫兹)为单位，1Hz表示每秒1次。

说明：本次讨论基频，不考虑超频。

# lscpu 
Architecture:          x86_64
CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                18
On-line CPU(s) list:   0-17
Thread(s) per core:    1
Core(s) per socket:    18
Socket(s):             1
NUMA node(s):          1
Vendor ID:             GenuineIntel
CPU family:            6
Model:                 85
Model name:            Intel(R) Core(TM) i9-10980XE CPU @ 3.00GHz
Stepping:              7
CPU MHz:               3001.000
CPU max MHz:           3001.0000
CPU min MHz:           1200.0000
BogoMIPS:              6000.00
Virtualization:        VT-x
L1d cache:             32K
L1i cache:             32K
L2 cache:              1024K
L3 cache:              25344K
NUMA node0 CPU(s):     0-17

1.2 时钟周期的计算方式

这里面的3.00GHz就是主频，表示这台电脑一秒可以完成3.00 * 10^9个时钟周期，就表示计算机一秒可以经历3.00 * 10^9个时钟周期；则，一个时钟周期仅需：

1秒/3.00 * 10^9也就是：3.33 * 10^-10 = 0.000000000333

嗯，可以很强势，看似说了什么又好像什么也没说....

那时钟周期到底是个什么啊？

    CPU时钟周期通常为节拍脉冲或T周期，即主频的倒数，它是CPU中最小的时间单位，每个动作至少需要一个时钟周期。

    简单来说就是把前面的公式中的秒这个单位忽略掉，发现分子是1，所以在数学上表示为倒数，CPU时钟周期即主频的倒数？为什么呢？

• 以10980xe的CPU为例：主频为：3.00GHz = 3.00 * 10^9
• 则一个时钟周期仅需：1秒 / 3.00 * 10^9 = 3.33 * 10^-10 秒
• 时钟周期 = 1秒 / 3.00 * 10^9 == 1 / 3.00 * 10^9 == 1 / 主频 == 主频的倒数
• 具体公式如下：

 

1.2 指令周期

CPU从主存中每取出并执行一条指令所需的全部时间称为：指令周期，也就是CPU完成一条指令的时间。

• 指令周期常常用若干个机器周期表示
• 机器周期又包含若干个时钟周期
• 沃德法.......到底在说什么啊？看下面的图，哈哈

1.3 各个周期的关系图

由图可知：

• 在这种情况下，一个指令周期由4 * 3 = 12个时钟周期组成；一个机器周期有四个时钟周期，上图各颜色用于区分。
• CPU执行时间是指运行一个程序所花费的时间。

下次有空继续聊聊Cache line的那些事儿，我先准备一下。