CPU主頻的詳細(xì)分析

2020-07-16 13:12:56

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供稿：網(wǎng)友

　　在電子技術(shù)中，脈沖信號是一個按一定電壓幅度，一定時間間隔連續(xù)發(fā)出的脈沖信號。脈沖信號之間的時間間隔稱為周期；而將在單位時間（如1秒）內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)稱為頻率。頻率是描述周期性循環(huán)信號（包括脈沖信號）在單位時間內(nèi)所出現(xiàn)的脈沖數(shù)量多少的計量名稱；頻率的標(biāo)準(zhǔn)計量單位是Hz（赫）。電腦中的系統(tǒng)時鐘就是一個典型的頻率相當(dāng)精確和穩(wěn)定的脈沖信號發(fā)生器。頻率在數(shù)學(xué)表達式中用“f”表示，其相應(yīng)的單位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。計算脈沖信號周期的時間單位及相應(yīng)的換算關(guān)系是：s（秒）、ms（毫秒）、μs（微秒）、ns（納秒），其中：1s=1000ms，1 ms=1000μs，1μs=1000ns。

　　CPU的主頻，即CPU內(nèi)核工作的時鐘頻率（CPU Clock Speed）。通常所說的某某CPU是多少兆赫的，而這個多少兆赫就是“CPU的主頻”。很多人認(rèn)為CPU的主頻就是其運行速度，其實不然。CPU的主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度，與CPU實際的運算能力并沒有直接關(guān)系。主頻和實際的運算速度存在一定的關(guān)系，但目前還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數(shù)值關(guān)系，因為CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標(biāo)（緩存、指令集，CPU的位數(shù)等等）。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現(xiàn)主頻較高的CPU實際運算速度較低的現(xiàn)象。比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能已較低的主頻，達到英特爾公司的Pentium 4系列CPU較高主頻的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式來命名。因此主頻僅是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表CPU的整體性能。

　　CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對于提高CPU運算速度卻是至關(guān)重要的。舉個例子來說，假設(shè)某個CPU在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條運算指令，那么當(dāng)CPU運行在100MHz主頻時，將比它運行在50MHz主頻時速度快一倍。因為100MHz的時鐘周期比50MHz的時鐘周期占用時間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執(zhí)行一條運算指令所需時間僅為10ns比工作在50MHz主頻時的20ns縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。只不過電腦的整體運行速度不僅取決于CPU運算速度，還與其它各分系統(tǒng)的運行情況有關(guān)，只有在提高主頻的同時，各分系統(tǒng)運行速度和各分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度都能得到提高后，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。

　　提高CPU工作主頻主要受到生產(chǎn)工藝的限制。由于CPU是在半導(dǎo)體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導(dǎo)線進行聯(lián)接，由于在高頻狀態(tài)下要求導(dǎo)線越細(xì)越短越好，這樣才能減小導(dǎo)線分布電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此制造工藝的限制，是CPU主頻發(fā)展的最大障礙之一。

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