时钟频率

✍ dations ◷ 2025-04-26 13:32:06 #数字电子

时钟频率(又译:时脉速度,英语:clock rate)是指同步电路中时钟的基础频率,它以“每秒时钟周期”(clock cycles per second)来度量,量度单位采用SI单位赫兹(Hz)。例如,来自晶振的基准频率通常等于一个固定的正弦波形,则时钟频率就是这个基准频率,电子电路会为数字电子设备将它转化成对应的脉冲方波。需要补充一点的是,“速度”作为矢量不应与标量“频率”相混淆,所以使用“时钟速度”来描述这个概念是用词不当的。

在单个时钟周期内(现代非嵌入式微处理器的这个时间一般都短于一纳秒)逻辑零状态与逻辑一状态来回切换。 由于发热和电气规格的限制,周期里逻辑零状态的持续时间历来要长于逻辑一状态。

中央处理器(CPU)制造商常为时钟频率较高的CPU定额外的高价。就某个CPU来说,时钟频率是在生产环节的最后通过实测测定的。通过了特定测试标准的CPU会被标上这个标准相应的时钟频率,如1.5GHz。而当一个CPU没有通过较高时钟频率一级的测试但通过了较低一级的测试时,它会被标上一个较低的时钟频率。例如某个CPU未通过1.5GHz时钟频率的测试却通过了1.33GHz那一级的,它就会被标为1.33GHz,并且相对于时钟频率为1.5GHz的CPU,它的卖价要低。

CPU的时钟频率通常是由晶体振荡器的频率决定的。首台商业PC,Altair 8800(由MITS制造)使用了一个时钟频率为2MHz(200万次/秒)的Intel 8080 CPU。第一台IBM PC的时钟频率是4.77MHz(4,772,727次/秒)。1995年,Intel's Pentium 芯片达到了100 MHz (1亿次/秒),到了2002年,最快的CPU:Intel Pentium 4 达到了3GHz(三十亿次/秒,相当于每个周期3.3*10-10秒)

对某些CPU来说,将时钟频率降低一半(降频),一般来说性能也将降低一半,同时此CPU产生的热量也将减少到原来的一半

与此相对的,有些人试图提高CPU性能,为此他们尝试让CPU运行在一个较高的时钟频率上(超频)。对他们来说他们的超频行为可能会很快受到下面一条或者两条条件的限制:

工程师一直在寻找新的方法来设计CPU,使它们性能提高,耗能减少,减少限制条件的影响,使新的CPU能运行在更高的时钟频率上。最终限制条件可能由可逆计算解决,虽然可逆计算还没有得到应用。

同时人们也在寻找另一种新方法来设计CPU,使新CPU与老CPU运行在相同甚至更低的时钟频率,但是新CPU将拥有在每个时钟周期执行更多指令的能力(另见摩尔定律)。

时钟频率是比较在同一家族内的芯片性能的唯一方法。例如,一台PC机配备了50MHz的Intel 486 CPU的计算机,它的性能大约是拥有同样内存、显示设备和CPU但CPU运行在25MHz的另一台计算机的两倍,而如果是一台运行在相同时钟频率的MIPS R4000计算机就不能这样直接比较了,因为它们的处理器、功能和架构是不同的。此外,在比较计算机整体性能的时候还需要考虑很多因素,例如前端总线("front side bus",FSB),内存的时钟频率,CPU通用寄存器的数据宽度和机器的一级、二级缓存等。

时钟频率不应该被应用在不同计算机或者不同类处理器家族的比较中。而是应该以软件基准测试的结果作为比较的标准。仅仅考虑时钟频率会让人产生误解,因为不同的处理器在一个周期内能完成的工作是不一样的。例如,精简指令集(RISC)处理器的指令要比复杂指令集(CISC)的简单(但是时钟频率要高)、超标量处理机可以在一个周期内执行多条指令,但是它一个周期没有完成多条指令的情况也不少见。此外除去时钟频率,低标量和并行度都影响了计算机的性能。

在20世纪90年代初期,大多数电脑公司宣传他们的电脑性能主要提及CPU的时钟频率。这导致了各种各样的营销手段,比如说苹果电脑公司决定生产销售时钟频率110MHz的Power Macintosh 8100/110,因此苹果公司可以宣传这台机器是运行速度最快的--因为当时Intel最快的处理器运行在100MHz。但是这是毫无意义的,因为 PowerPC 和 Pentium 处理器的架构完全不同。

在2000年以后,Intel 的老对手,AMD公司使用型号取代频率来推广它的处理器,因为当时Intel的Pentium 4处理器虽然拥有较高频率、但性能却输给相同时脉的其他x86处理器。这个趋势试图降低“兆赫神话”的影响,因CPU的时脉并不能表现出CPU的全部性能。2004年, Intel 公司宣布它也将型号代替频率进行命名,可能是因为消费者将Pentium M移动处理器(它的频率大致相当于 Pentium 4的一半)与 Pentium 4 相混淆了。截至2007年,CPU性能的提高主要通过流水线,指令集和多核心技术的创新来实现,而不是时钟频率的提高(时钟频率的提高受到了CPU功耗下降的限制)。

本条目部分或全部内容出自以GFDL授权发布的《自由在线电脑词典》(FOLDOC)。


相关

  • 肌腱炎肌腱病变(英语:Tendinopathy),又称肌腱炎(英语:Tendinitis)或肌腱退化(英语:Tendinosis),是一种肌腱的疾患,可造成疼痛、局部肿胀、与功能障碍。典型的疼痛会随着肢体动作而变得明显。好
  • 西风带赤道低压带信风带副热带高压带西风带副极地低压带极地东风带极地高压带西风带 (英语:Westerlies) 是位处于南北纬30至60度中纬度地区由西向东的盛行风。由于副热带高压把空气
  • 1970年 都灵1970年夏季世界大学生运动会是第六届夏季世界大学生运动会,于1970年8月26日至9月6日在意大利都灵举行,这是该地时隔11年再次举行该赛事。葡萄牙里斯本原本获得1969年赛事主办
  • 外局外局(日语:外局/がいきょく gaikyoku */?;英文译称:Agency / External Bureau)是日本行政机关的一种类型,设置于中央政府的内阁府与各省之下,主要为了负责特殊事务、以及独立性较
  • 以色列国际广播电台以色列广播局(希伯来文:רשות השידור,英语:Israel Broadcasting Authority,国际简称:IBA)是一家已经不存在的广播电台兼电视台,为以色列的国家公共广播系统,是该国最具权威
  • 塔什干州塔什干州(乌兹别克语:Toshkent viloyati)是乌兹别克十二个州份之一。它涵盖15,300平方公里,有人口4,450,000。塔什干州下辖15个县,首府设于塔什干直辖市。虽然塔什干州首府设在塔
  • 按人口排列的世界城市列表
  • .gs.gs为英国海外属地南乔治亚与南三明治群岛国家及地区顶级域(ccTLD)的域名。A .ac .ad .ae .af .ag .ai .al .am .ao .aq .ar .as .at .au .aw .ax .az  B .ba .bb .bd .be
  • 榍石榍石是一种钙钛硅酸盐矿物,主要成分为CaTiSiO5,一般含痕量的铁杂质或铝杂质,铈和钇之类的稀土金属也时常出现;部分钙元素有时会被置换成钍。榍石的名称“sphene”取自希腊语“sp
  • 达登餐饮公司达登餐饮公司(英语:Darden Restaurants)是北美最大的多品牌全方位服务餐饮公司。该公司旗下以经营休闲餐厅为主。因此,与全球拥有最多连锁速食店的百胜 (YUM!) 是有所区别。公司