电脑的脉搏—时钟频率的来龙去脉

四、CPU和内存频率的“按需供应”机制

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　　CPU时钟频率的设置不仅影响系统性能，还会影响CPU的安全。我们已经知道，CPU的核心频率是由外频和倍频两个参数共同决定的，那么CPU的时钟频率到底是如何得来的呢？

1.BSEL信号设定CPU外频

　　CPU制造商和主板制造商共同开发时钟频率的自动设置技术，其中，CPU外频是频率合成器提供的，而倍频则由CPU自身进行设定。为了实现对外频的调节和控制，早期主板通过跳线设定的方式让频率合成器产生不同的外频，后来在CPU外频设定引脚和频率合成器之间建立了一个逻辑信号转换芯片，使CPU外频可以通过BIOS或超频软件进行调节。 中国网管联盟bitsCN.com

　　上文已述，改变频率合成器的输出频率，是通过修改它的控制寄存器的频率控制位实现的。寄存器中的数据发生变化时，频率合成器的工作状态也随之改变，从而实现不同频率的输出。由于不同型号的CPU有着不同的外频，因此电脑在启动时就要告诉频率合成器按照怎样一个频率来启动系统，这一功能是通过CPU的BSEL(FSB_Sense)引脚来实现的，BSEL信号通过SMBus总线将二进制数值存放到频率合成器的频率寄存器中，频率合成器按照所设定的编码/频率表，实现了CPU对频率合成器的控制。譬如，Socket 478封装的各款处理器，外频是由BSEL(AD5)和BSEL0(AD6)两个引脚来控制的，两者不同的电平组合决定了CPU的外频(表3)。

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表3：Socket 478之频率设置
　　

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　　BSEL BSEL0 外频
　　0 0 100MHz
　　0 1 133MHz
　　1 0 200MHz 中国网管联盟bitsCN.com

2.FID信号设置CPU倍频

　　如同CPU供电电路使用VID(Voltage Identify，电压识别码)信号自动设置电压值一样，CPU倍频的设置是采用FID(Frequency Identify，频率识别码)信号来设置的(表4)。这样不仅能实现CPU工作频率的自动识别和设置，还能有效地防止不法商家对其进行Remark。

表4：FID电平与倍率对照表

　　FID［3］ FID［2］ FID［1］ FID［0］ CPU倍频
　　0 0 0 0 11
　　0 0 0 1 11.5
　　0 0 1 0 12
　　0 0 1 1 ≥12.5
　　0 1 0 0 5
　　0 1 0 1 5.5
　　0 1 1 0 6
　　0 1 1 1 6.5
　　1 0 0 0 7
　　1 0 0 1 7.5
　　1 0 1 0 8
　　1 0 1 1 8.5
　　1 1 0 0 9
　　1 1 0 1 9.5
　　1 1 1 0 10
　　1 1 1 1 10.5

　　图9是AMD Athlon系列处理器的倍频信号工作流程，当RESET#信号到来时，处理器将FID信号送给逻辑信号转换芯片，由该芯片产生SIP(Serialization Initialization Packet，串行初始化数据包)，对系统总线进行初始化和设置。

　　在CPU上设置了一些称为金桥的连接线，FID信号的电平可以通过改变金桥的通断进行设置，金桥接通时为低电平，断开时则为高电平。FID信号在内置倍频控制单元内生成，并经内置FID驱动电路对信号进行放大后，从FID引脚送至逻辑信号转换芯片，产生的SIP数据包再从BP_FID引脚返回到CPU。这样，CPU内部的频率合成电路便可以将倍频与外频两个信号一起合成CPU的核心频率。

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图9： CPU倍频信号工作流程

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3.内存频率的设置 中国网管论坛bbs.bitsCN.com

　　早期主板上内存总线时钟信号也是由频率合成器产生的，不过较新的主板已经撇开了主板上的频率合成器芯片，而由北桥芯片完成内存总线时钟频率的设定，这在业界被称作“内存异步”，如图10。

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　　与CPU频率的自动设置原理相似，北桥芯片内的频率合成器也是通过一定的手段实现自动设置频率的。内存的频率由内存条上的SPD(Serial Presence Detect 内存序列存储芯片)提供。SPD类似于主板上的BIOS，存储了内存芯片的内存容量、工作频率、延迟时间(CAS、tRCD、tRP、tCA)及工作电压和厂商信息等，北桥芯片通过SMBus总线的SDA引脚读取每个DIMM的SPD中的参数，SPD芯片的信息就会被记录在北桥芯片内PLL电路的寄存器(Register)中。 网管网www_bitscn_com

图10： 内存时钟频率的自动设置 网管u家u.bitsCN.com

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　　内存总线时钟与系统时钟的频率往往并不相同，譬如系统时钟为133MHz，而内存时钟的频率为200MHz时，两者之间存在67MHz的差异，这种频率上的差异被称为“内存异步”。不过，为了实现内存与CPU之间的同步通信，两个总线在相位上仍然需要保持同步。实现相位的同步在技术上并不困难，只要北桥芯片中的PLL电路与频率合成器中的PLL电路使用同一个参考频率fref就可以了。 网管网www_bitscn_com

　　事实上，即插即用的外部设备的频率设置与内存频率的自动设置原理基本相同，主机通过读取设备中ROM芯片中包括频率在内的特征参数，然后自动分配系统资源，自动配置驱动程序，使得设备可以正常工作。

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