电脑的脉搏—时钟频率的来龙去脉

一首美妙的乐曲会有一个主旋律，而电脑的主旋律就是CPU的时钟频率。主频、外频和倍频，它们从何而来？锁频、超频，又是怎么回事呢？

　　电脑中有许许多多的半导体芯片，每个芯片都是在特定的时钟频率下进行工作的。时钟发生器提供给芯片的时钟信号是一个连续的脉冲信号，而脉冲就相当于芯片的脉搏，每一次脉冲到来，芯片内的晶体管就改变一次状态，让整个芯片完成一定任务。 网管bitscn_com

　　电脑中的芯片绝大多数属于数字逻辑芯片，数字芯片中众多的晶体管全都工作在开关状态，它们的导通和关断动作无不是按照时钟信号的节奏进行的。如果时钟频率过高，就可能出现晶体管的状态来不及变化的情况，产生死锁或随机性误操作。所以，每一款芯片都有自己的频率极限。

一、频率是什么？ 网管下载dl.bitscn.com

　　频率用f表示，基本单位为“1次／秒”，记做Hz（赫兹）。1Hz就是每秒一次，10Hz是每秒10次(图1)。不过，Hz这个单位在电脑里面太小了，因此通常以KHz、MHz或GHz来表示信号频率。随着频率的攀升，若干年以后恐怕需要使用THz作为频率的单位了(表1)。 网管联盟bitsCN@com

图1： 脉冲波头越多则频率越高 网管u家u.bitsCN.com

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表1： 频率表示法 网管联盟bitsCN_com

　　频率单位 kHz MHz GHz THz
　　换算关系 1×10^3Hz 1×10^6Hz 1×10^9Hz 1×10^12Hz
　　英文名称 Kilo Hz Mega Hz Giga Hz Tera Hz
　　中文名称 千赫兹 兆赫兹 吉赫兹 太赫兹 网管论坛bbs_bitsCN_com

1.周期与频率 网管联盟bitsCN@com

　　在电脑技术中，与频率相对应的一个常用术语是周期。周期是频率的倒数，频率越高，周期越短。譬如时钟频率为1GHz时，其时钟周期为1纳秒(表2)。

表2：频率与周期对照表 网管联盟bitsCN@com

　　时钟频率 时钟周期 时钟频率 时钟周期
　　5MHz 200ns 133MHz 7.5ns
　　10MHz 100ns 166MHz 6.0ns
　　20MHz 50ns 200MHz 5.0ns
　　25MHz 40ns 250MHz 4.0ns
　　33MHz 30ns 300MHz 3.3ns
　　40MHz 25ns 333MHz 3.0ns
　　50MHz 20ns 400MHz 2.5ns
　　66MHz 15ns 500MHz 2.0ns
　　80MHz 12ns 800MHz 1.2ns
　　100MHz 10ns 1GHz 1.0ns
　　120MHz 8.3ns 4GHz 0.25ns 网管联盟bitsCN_com

2.带宽与频率 网管联盟bitsCN_com

　　与频率相关的另一个参数是数据传输率，也称为“带宽”，用于衡量数据通信速度的快慢。通常情况下，带宽＝时钟频率×(位宽÷8)。譬如PCI总线的时钟频率为33.33MHz，因其位宽为32bit，所以其带宽为33.33×(32÷8)＝133MB/s。

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3.CPU的频率 网管网www_bitscn_com

　　在286及以前的电脑中，CPU的频率与外部总线的频率相同。Intel 386电脑中采用了时钟分频方式，时钟电路提供给CPU的时钟信号的频率66MHz，而CPU内部则以33MHz的频率工作。Intel 80486 DX2则采用倍频方式，它允许CPU以2倍或3倍于外部总线的速度运行，但仍以原有时钟频率与外界通讯。进入Pentium时代以后，倍频技术获得广泛应用，目前处理器的倍频已达20倍。 网管网www.bitscn.com

　　系统时钟频率：通常也称作“外频”——CPU外部总线的时钟频率。外频由频率合成器芯片提供，后文将对频率合成器芯片进行详细介绍。主频：主频是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率，由外频(或前端总线频率)与倍率共同决定，也即：主频＝外频×倍率。 网管u家u.bitsCN.com

　　前端总线频率：前端总线(Front Side Bus，FSB)频率是CPU和北桥芯片间进行数据交换的频率，它与外频既有联系，又有区别。外频是前端总线时钟信号的频率，而前端总线频率是指数据传输的频率。对于Pentium 4处理器来说，由于采用了QDR(Quad Data Rate，4倍数据比率)技术，1个时钟周期内可以传输4次数据，所以前端总线频率相当于外频的4倍：FSB 800MHz的处理器，外频只有200MHz。 网管下载dl.bitscn.com