7、CPU性能与功耗的深度解析

CPU性能与功耗的深度解析

1. CPU性能概述

在嵌入式计算领域，CPU执行指令的速度是一个关键指标。影响程序性能的两个重要因素是流水线技术和缓存机制。

1.1 流水线技术

现代CPU通常采用流水线设计，可并行执行多条指令，极大提高了CPU效率。但指令序列可能会干扰流水线中的信息流动，导致CPU运行速度暂时下降。

1.1.1 ARM7流水线

ARM7采用三级流水线：
1. 取指（Fetch） ：从内存中获取指令。
2. 译码（Decode） ：对指令的操作码和操作数进行译码，确定要执行的功能。
3. 执行（Execute） ：执行译码后的指令。

对于典型指令，每个阶段需要一个时钟周期。一条普通指令完全执行需要三个时钟周期，即指令执行的延迟。但由于流水线有三个阶段，每个时钟周期都能完成一条指令，即流水线的吞吐量为每个周期一条指令。

1.1.2 C55x流水线

C55x采用七级流水线：
1. 取指（Fetch）
2. 译码（Decode）
3. 地址计算（Address）：计算数据和分支地址
4. 数据访问1（Access 1）：读取数据
5. 数据访问2（Access 2）：完成数据读取
6. 读取阶段（Read stage）：将操作数放到内部总线上
7. 执行（Execute）：执行操作

RISC机器旨在让流水线保持忙碌，而CISC机器的