CPU知识详解-主频

    在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。脉冲信号之间的时间间隔，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）。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）

　　kHz（千赫）

　　MHz （兆赫）

　　GHz（吉赫）

　　其中：1GHz=1000MHz

　　　　　1MHz=1000kHz

　　　　　1KHz=1000Hz

　　计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：

　　s（秒）

　　ms（毫秒）

　　μs（微秒）

　　ns（纳秒）

　　其中：1s=1000ms

　　　　　1ms=1000μs

　　　　　1μs=1000ns

　　CPU 的主频，即 CPU 内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。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”。很多人认为 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 的性能。所以，Athlon XP 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。 

　　CPU 的主频并不代表 CPU 的速度，但提高主频对于提高 CPU 运算速度却是至关重要的。举个例子来说，假设某个 CPU 在一个时钟周期内执行一条运算指令，那么当 CPU 运行在 100MHz 主频时，将比它运行在 50MHz 主频时速度快一倍。因为 100MHz 的时钟周期比 50MHz 的时钟周期占用时间减少了一半，也就是工作在 100MHz 主频的 CPU 执行一条运算指令，所需时间仅为 10ns，比工作在 50MHz 主频时的 20ns 缩短了一半，自然运算速度也就快了一倍。只不过电脑的整体运行速度不仅取决于 CPU 运算速度，还与其它各分系统的运行情况有关，只有在提高主频的同时，各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高时，电脑整体的运行速度，才能真正得到提高。

　　提高 CPU 工作主频，主要受到生产工艺的限制。由于 CPU 是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要导线进行联接，由于在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证 CPU 运算正确。因此，制造工艺的限制，是 CPU 主频发展的最大障碍之一。