计算机中容易混淆的几个频率概念

计算机中容易混淆的几个频率概念
【摘要】任何一个人走入电脑世界中，从零开始认识电脑的时候，都无一例外的从认识计算机的组成部件开始。

【关键词】频率；主频；外频；前端总路线频率；倍频；分频
一、频率
人们将在单位时间内所产生的脉冲个数称为频率。

频率是描述周期性循环信号包括脉冲信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫兹）。

电脑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。

频率在数学表达式中用“f”表示，其相应的单位有：Hz（赫兹）、kHz（千赫兹）、MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。

其中 1 G=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。

电脑中的时钟和我们日常所用的“时钟”可不一样，它没有“几点几分”的指示，而仅仅是一个按特定频率连续发出脉冲信号的发生器，即时a钟发生器。

电脑系统的时钟发生器由主板上的时钟发生器芯片与晶体振荡器组合构成。

时钟发生器芯片是在主板上靠近内存插槽的一块芯片，一般是采用48针的LQFP封装（例如ICS 950224AF时钟频率发生器）。

系统时钟发生器产生的脉冲信号，不但直接提供CPU所需的外部工作频率，而且还提供其他外设和总线所需要的多种时钟信号。

其工作原理如下：先由晶振产生稳定的脉冲信号，然后经由时钟发生器进行整形和分频，最后分别提供给各个设备。

二、主频（CPU时钟频率）和外频（系统时钟频率）
CPU的主频指CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed），也就是我们平常所说的电脑主频，通常所说的某某CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。

许多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。

CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。

主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等等）。

由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。

比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以较低的主频，达到英特尔公司的Pentium 4系列CPU较高主频的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式来命名。

因此主频仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU 的整体性能。

外频指系统总线时钟频率，又称为系统时钟，是为CPU、内存、芯片组、AGP和I/O接口等部件提供的基准时钟频率，单位是MHz（兆赫兹）。

各个部件在此基础上按一定的比例得到自己的工作频率。

在早期的电脑中，内存与主板之
间的同步运行的速度等于外频，在这种方式下，可以理解为CPU外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。

对于目前的计算机系统来说，两者已完全不同了，但是外频的意义仍然存在，计算机系统中大多数的频率都是在外频的基础上，乘以一定的系数来实现，这个系数可以是大于1的，也可以是小于1的。

在486 DX2 CPU之前，CPU的主频与外频相等。

从486DX2（CPU）开始，CPU的内核工作频率和外频就不一致了，其计算公式为：CPU主频=倍频系数×外频。

例如某电脑的系统时钟是133MHz，倍频系数为15，则它的CPU主频则是（133×15）=2.0GHz。

三、FSB前端总线频率
前端总线的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是将CPU连接到北桥芯片的总线。

前端总线（FSB）频率是指CPU与北桥芯片之间的总线工作频率（又称为前端总线速度），目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、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。

现在的CPU 技术发展很快，运算速度提高很快，而足够大的前端总线速度可以保障有足够的数据供给CPU，较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CPU性能的发挥，成为系统瓶颈。

外频与前端总线（FSB）频率的区别在于：前端总线频率指的是CPU与北桥芯片之间的总线工作频率，而外频是指主板的系统时钟频率，是主板上其它设备的基准时钟频率，是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。

之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆，认为CPU的外频=前端系统总线，主要的原因是在以前的很长一段时间里（主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时），前端总线频率与外频是相同的，因此往往直接称为外频，。

随着计算机技术的发展，人们发现前端总线频率需要高于外频，因此采用了QDR（Quad Date Rate，四倍数据比率）技术，或者其他类似的技术实现这个目的。

这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X，它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高，当今两大CPU的供应厂商Intel 和AMD分别采取不同的总线技术使FSB达到了4倍或2倍于外频的传输速度。

所以当外频为200MHz时，最新的AMD和Intel平台的前端总线速度分别达到了400MHz和800MHz。

四、倍频与分频
在486出现以后，由于CPU工作频率不断提高，而PC机的一些其他设备（如各种插接卡、硬盘等）却受到工艺的限制，不能承受更高的频率，因此，出现了倍频技术，该技术使CPU内部工作频率变为外频的倍数。

这个倍数又称为倍频系数，简称倍频。

在相同的外频下，倍频越高，CPU的频率也越高。

目前市场上的CPU外频主要有66MHZ、100MHZ、133MHZ、166 MHZ、200MHZ 几种，而CPU倍频技术已发展到一个很高的阶段，比如Pentium4处理器倍频已
达到20倍以上。

虽然倍频缓解了CPU主频和周边设备工作频率的矛盾，但是CPU主频的提高不能完全依靠倍频的无限制增大，外频的提高是必需的。

而遗憾的是众多重要的外部设备无法跟得上CPU外频的提升，所以，就不得不采取类似于“倍频”的分频技术，所谓分频技术就是将外频的几分之一作为此子系统的工作频率（如二分频为二分之一），需要依靠分频来正常工作的部件主要有网卡、声卡等PCI设备以及AGP接口、硬盘等设备。

在早期的66MHz外频时代PCI设备为2分频（66/2=33MHz），AGP设备不分频；100MHz外频时代则是PCI设备3分频（100/3=33MHz），AGP设备2/3分频（当时有些主板为了方便超频曾使用PCI 设备4分频，AGP设备2分频设计）。

总之，CPU设置在标准外频（66MHz、100MHz、133MHz）下的时候，PCI设备都是工作在33MHz，而AGP也依然是66MHz。

五、结论
外频即系统时钟频率，是CPU、内存、芯片组、AGP和I/O设备的基准频率，决定着整块主板的运行速度。

主频即CPU时钟频率，CPU主频=外频×倍频，用来表示CPU的运算速度。

前端总线（FSB）频率特指CPU与北桥芯片之间的总线频率，其工作频率以前与外频相等，而现在是外频的2倍、4倍甚至更高。