cpu的主频与指令执行速度是什么关系？

从前从前 2024-06-23 07:10:55

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主频越高，指令执行速度越快。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。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主频的关系，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。cpu的主频不代表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后，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，在硅片上的元主频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。内存主频和cpu主频一样，习惯上被用来表示内存的速度，它代表着该内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以mhz（兆赫）为单位来计量的。内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快。内存主频决定着该内存最高能在什么样的频率正常工作。目前较为主流的内存频率是667mhz和800mhz的ddr2内存，以及1333mhz的ddr3内存。较为高端的以ghz计算，如高端企业需求的主频≥2.4ghz。大家知道，计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。晶体振荡器控制着时钟速度，在石英晶片主频上加上电压，其就以正弦波的形式震动起来，这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来，这一变化的电流就是时钟信号。而内存本身并不具备晶体振荡器，因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的，也就是说内存无法决定自身的工作频率，其实际工作频率是由主板来决定的。ddr内存和ddr2内存的频率可以用工作频率和等效频率两种方式表示，工作频率是内存颗粒实际的工作频率，但是由于ddr内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据，因此传输数据的等效频率是工作频率的两倍；而ddr2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的速度读/写数据，因此传输数据的等效频率是工作频率的四倍。例如ddr 200/266/333/400的工作频率分别是100/133/166/200mhz，而等效频率分别是200/266/333/400mhz；ddr2 400/533/667/800的工作频率分别是100/133/166/200mhz，而等效频率分别是400/533/667/800mhz。ddr31066/1333/1600/1800/2000的工作频率分别是266/333/400/450/500mhz，而等效频率分别是1066/1333/1600/1800/2000mhz。内存异步工作模式包含多种意义，在广义上凡是内存工作频率与cpu的外频不一致时都可以称为内存异步工作模式。首先，最早的内存异步工作模式出现在早期的主板芯片组中，可以使内存工作在比cpu外频高33mhz或者低33mhz的模式下(注意只是简单相差33mhz)，从而可以提高系统内存性能或者使老内存继续发挥余热。其次，在正常的工作模式(cpu不超频)下，目前不少主板芯片组也支持内存异步工作模式，例如intel 910gl芯片组，仅仅只支持533mhz f**即133mhz的cpu外频，但却可以搭配工作频率为133mhz的ddr 266、工作频率为166mhz的ddr 333和工作频率为200mhz的ddr 400正常工作(注意此时其cpu外频133mhz与ddr 400的工作频率200mhz已经相差66mhz了)，只不过搭配不同的内存其性能有差异罢了。再次，在cpu超频的情况下，为了不使内存拖cpu超频能力的后腿，此时可以调低内存的工作频率以便于超频，例如amd的socket 939接口的opteron 144非常容易超频，不少产品的外频都可以轻松超上300mhz，而此如果在内存同步的工作模式下，此时内存的等效频率将高达ddr 600，这显然是不可能的，为了顺利超上300mhz外频，我们可以在超频前在主板bios中把内存设置为ddr 333或ddr 266，在超上300mhz外频之后，前者也不过才ddr 500(某些极品内存可以达到)，而后者更是只有ddr 400(完全是正常的标准频率)，由此可见，正确设置内存异步模式有助于超频成功。说到处理器主频，就要提到与之密切相关的两个概念：倍频与外频，外频是cpu的基准频率，单位也是mhz。外频是cpu与主板之间同步运行的速度，而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为cpu的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态；倍频即主频与外频之比的倍数。主频、外频、倍频，其关系式：主频=外频×倍频。早期的cpu并没有“倍频”这个概念，那时主频和系统总线的速度是一样的。随着技术的发展，cpu速度越来越快，内存、硬盘等配件逐渐跟不上cpu的速度了，而倍频的出现解决了这个问题，它可使内存等部件仍然工作在相对较低的系统总线频率下，而cpu的主频可以通过倍频来无限提升（理论上）。我们可以把外频看作是机器内的一条生产线，而倍频则是生产线的条数，一台机器生产速度的快慢（主频）自然就是生产线的速度（外频）乘以生产线的条数（倍频）了。现在的厂商基本上都已经把倍频锁死，要超频只有从外频下手，通过倍频与外频的搭配来对主板的跳线或在bios中设置软超频，从而达到计算机总体性能的部分提升。所以在购买的时候要尽量注意cpu的外频。目前的主板芯片组几乎都支持内存异步，英特尔公司从810系列到目前较新的875系列都支持，而威盛公司则从693芯片组以后全部都提供了此功能。 20210311

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