CPU主頻的詳細分析

2020-07-16 13:12:56

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　　在電子技術中，脈沖信號是一個按一定電壓幅度，一定時間間隔連續發出的脈沖信號。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）內所產生的脈沖個數稱為頻率。頻率是描述周期性循環信號（包括脈沖信號）在單位時間內所出現的脈沖數量多少的計量名稱；頻率的標準計量單位是Hz（赫）。電腦中的系統時鐘就是一個典型的頻率相當精確和穩定的脈沖信號發生器。頻率在數學表達式中用“f”表示，其相應的單位有：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的換算關系是：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內數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系。主頻和實際的運算速度存在一定的關系，但目前還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數值關系，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（緩存、指令集，CPU的位數等等）。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象。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運算速度卻是至關重要的。舉個例子來說，假設某個CPU在一個時鐘周期內執行一條運算指令，那么當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，還與其它各分系統的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統運行速度和各分系統之間的數據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工藝的限制。由于CPU是在半導體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導線進行聯接，由于在高頻狀態下要求導線越細越短越好，這樣才能減小導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主頻發展的最大障礙之一。

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