CPU的频率

当人们想要购买或评价一台计算机时, 最先谈到的往往就是该机器的CPU,如Pentium4 2.8GHz/800MHz FSB, 即2.8GHz的CPU 主频, 8 00 MHz的前端总线频率, 它们都影响着CPU的运算速度, 另外还有外频、倍频等相关指标, CPU的这些工作频率是反映CPU性能的主要指标。

一、计算主频的公式

“主频=外频*倍频”是我们大家熟悉的计算CPU主频的公式, 但现在当我们浏览相关网页时, 我们也会看到另外一个公式——主频=前端总线频率*倍频。而通常计算机厂商会标示出CPU的额定主频和它所能支持的前端总线频率(FSB) , 而倍频和外频一般不直接标示, 如一款Intel Pentium4 CPU 2.80GHz, 前端总线频率是800MHz,假设CPU 的实际工作频率和额定频率一致, 那按照公式——主频=前端总线频率*倍频计算, CPU的倍频是2800MHz/800MHz=3.5吗? 抑或按照公式——主频=外频* 倍频计算?那外频又是多少呢? 前端总线与外频之间有什么关系吗? 下面本文就对主频、外频、倍频、前端总线频率等相关概念的定义及相互之间的关系与区别作一个较为详细的辨析。

二、频率的定义及计算机的时钟频率

在电子技术中, 脉冲信号是按一定的电压幅度, 一定时间间隔连续发出的。我们将第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间间隔称为周期, 而将在单位时间(如1秒) 内所产生的脉冲个数称为频率。频率是描述周期性信号(包括脉冲信号)在单位时间内所发出的脉冲数量多

少的计量单位,它的标准计量单位是Hz(赫兹) 。计算机中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。1Hz= 1/ 1秒。计算机内主要震荡的来源来自主板上的时钟频率发生器(负责控制CPU 等配件的频率)。它利用电流刺激石英震荡来计算时间, 并驱使电流状态进行改变。每震荡一次, 电流信号状态就会改变一次, 因为计算机的工作都是通过电流信号状态的传输, 因此震荡越快, 电流信号的改变就越快,计算机工作也就越快。MHZ指频率发生器每秒震荡百万次。例如100MHz、133MHz等,所以100MHz 就是每秒震荡1 00百万次。

三、主频、外频与前端总线频率、倍频

1.主频

CPU的主频(内频) 是指CPU的内部工作频率。单位为MHz或GH z, 1G=1024M。用来表示CPU 的运算速度。一般来说, 主频越高, 一个时钟周期里完成的指令数也越多,CPU的运算速度也越快。CPU的主频已经从8086 的4.77MHz 提高到Pentium 4 的3GHz 以上。

2.外频与前端总线频率

CPU 的外频是指主板的外部总线时钟频率,单位也是MHz, CPU 外频主要由与其相匹配的主板决定, 是CPU 的基准频率。通过主板上的时钟频率发生器(CLK)芯片对旁边的晶体振荡器元件进行锁频控制, 生成66MHz和100MHz和133MHz等几个标准外频,供给处理器和内存。同时, 再经过不同的分频如2/3分频和1/3分频得到的66MHz和33 MHz的时钟频率供给AGP和PCI设备。在AMD的雷鸟系列CPU发布以

前, CPU的外频和前端总线( FSB- - Fornt System Bus, 即北桥芯片与CPU 间数据传输总线) 通常保持一致, 因此通常把外频和前端总线都用外频表示。但由于采用了特殊的技术, 如QDR(四倍数据传输率技术),使前端总线能够在一个时钟周期内完成两次或四次传输,因此相当于将前端总线频率提升了多倍,也就不能再将外频与前端总线混为一谈了。外频还是主板上时钟发生器控制的频率。而前端总线频率等于外频的整数倍, 如Pentium4 的前端总线频率为外频的4倍, AthlonXP 为2倍, Pentium3为1倍。前端总线频率影响微机运行时C PU与内存、L2 Cache之间的数据交换速度, 实际也影响了微机的整体运行速度。目前PC 机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333M Hz、400MHz、533MHz、800MHz几种,前端总线频率越大,代表着CPU 与北桥芯片之间的数据传输能力越大, 更能充分发挥出CPU 的功能。

3.倍频

在486 出现之前,CPU采用统一的主频设计, CPU的频率就是主板的频率,芯片组、内存、各种缓存、外部接口均运行在同一频率上。随着制作工艺的不断提高, CPU 所能承受的工作频率也不断提高, 而且大大超过了外部接口、存储设备、甚至内存的工作频率。这样一来, 系统内各个部件的工作变得很不协调。这时,Intel 提出了倍频的概念, 即CPU 外部电流信号传输时采用主板上频率发生器产生的频率(外频) 来传输, 当电流信号进入CPU里面后,会自动将该电流作某个倍数的速率提升(CPU内部实际工作的频率)。利用倍频技术,较为完美地解决了CPU 和内存等数据中转站的异步运行问题。为CP

U 向更高频率方向发展打下了扎实的基础。

由上可知,倍频是指CPU的主频与外频之间的相对比率。即CPU 主频的计算公式为: 主频=外频*倍频。上文中CPU如它所在主板提供的外频为200MHz, CPU设定的倍频为14,则CPU的实际频率(主频) 为: 200MHz*14=2800MHz。在相同的外频下,倍频越高CPU的主频也越高。但实际上,在相同外频的前提下,高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速率是有限的,一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应——CPU从系统中得到的数据的极限速度不能满足CPU运算的速度。