电脑的脉搏—时钟频率的来龙去脉

《微型计算机》 05年10月14日 【转载】 作者： 何鹏 [评论2条]

　　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。

　　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？

　　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)。

图1： 脉冲波头越多则频率越高

表1： 频率表示法

　　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

1.周期与频率

　　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

　　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

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