主頻

CPU的主頻，即CPU內核工作的時鐘頻率（CPU Clock Speed）。通常所説的某某CPU是多少兆赫的，而這個多少兆赫就是“CPU的主頻”。很多人認為CPU的主頻就是其運行速度，其實不然。CPU的主頻表示在CPU內數字脈衝信號震盪的速度，與CPU實際的運算能力並沒有直接關係（也就是説現今CPU主頻的高低不會直接影響CPU運算能力，並不是説對運算能力沒影響。只是因為現今CPU主頻再低，也比其他硬件頻率如內存高的多）。 ^[2] 

比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以較低的主頻，達到英特爾公司的Pentium 4系列CPU較高主頻的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式來命名。因此主頻僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對於提高CPU運算速度卻是至關重要的。舉個例子來説，假設某個CPU在一個時鐘週期內執行一條運算指令，那麼當CPU運行在100MHz主頻時，將比它運行在50MHz主頻時速度快一倍。因為100MHz的時鐘週期比50MHz的時鐘週期佔用時間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執行一條運算指令所需時間僅為10ns比工作在50MHz主頻時的20ns縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。只不過電腦的整體運行速度不僅取決於CPU運算速度，還與其它各分系統的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統運行速度和各分系統之間的數據傳輸速度都能得到提高後，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。 ^[3] 

主頻和實際的運算速度存在一定的關係，但還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數值關係，因為CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標（緩存、指令集，CPU的位數等等）。由於主頻並不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象。比如AMD公司的AthlonFX系列CPU大多都能以較低的主頻，達到英特爾公司的Pentium 4系列CPU較高主頻的CPU性能，所以AthlonFX系列CPU才以PR值的方式來命名。因此主頻僅是CPU性能表現的一個方面，而不代表CPU的整體性能。 ^[4] 

CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對於提高CPU運算速度卻是至關重要的。舉個例子來説，假設某個CPU在一個時鐘週期內執行一條運算指令，那麼當CPU運行在100MHz主頻時，將比它運行在50MHz主頻時速度快一倍。因為100MHz的時鐘週期比50MHz的時鐘週期佔用時間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執行一條運算指令所需時間僅為10ns比工作在50MHz主頻時的20ns縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。只不過電腦的整體運行速度不僅取決於CPU運算速度，還與其它各分系統的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統運行速度和各分系統之間的數據傳輸速度都能得到提高後，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。 ^[4] 

提高CPU工作主頻主要受到生產工藝的限制。由於CPU是在半導體硅片上製造的，在硅片上的元件之間需要導線進行聯接，由於在高頻狀態下要求導線越細越短越好，這樣才能減小導線分佈電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此製造工藝的限制，是CPU主頻發展的最大障礙之一。 ^[4] 

説到處理器主頻，就要提到與之密切相關的兩個概念：倍頻與外頻，外頻是CPU的基準頻率，單位也是MHz。外頻是CPU與主板之間同步運行的速度，而且絕大部分電腦系統中外頻也是內存與主板之間的同步運行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內存相連通，實現兩者間的同步運行狀態；倍頻即主頻與外頻之比的倍數。主頻、外頻、倍頻，其關係式：主頻=外頻×倍頻。早期的CPU並沒有“倍頻”這個概念，那時主頻和系統總線的速度是一樣的。隨着技術的發展，CPU速度越來越快，內存、硬盤等配件逐漸跟不上CPU的速度了，而倍頻的出現解決了這個問題，它可使內存等部件仍然工作在相對較低的系統總線頻率下，而CPU的主頻可以通過倍頻來無限提升（理論上）。我們可以把外頻看作是機器內的一條生產線，而倍頻則是生產線的條數，一台機器生產速度的快慢（主頻）自然就是生產線的速度（外頻）乘以生產線的條數（倍頻）了。廠商基本上都已經把倍頻鎖死，要超頻只有從外頻下手，通過倍頻與外頻的搭配來對主板的跳線或在BIOS中設置軟超頻，從而達到計算機總體性能的部分提升。所以在購買的時候要儘量注意CPU的外頻。 ^[4] 

1.在Windows系統中，右擊桌面上的“我的電腦”圖標，選擇“屬性”即可查看。在mac系統中，單擊屏幕左上角蘋果圖標，選擇第一項(About This Mac)即可查看。 ^[5] 

2.開機時按pause break此時由於是系統開機自檢，即可查看BIOS裏的CPU頻率。 ^[5] 

3.使用CrystalCPUID軟件查看。這是一款處理器信息檢測超頻工具，和WCPUID功能基本相同，但是CrystalCPUID對處理器支持的範圍更廣。CrystalCPUID支持幾乎所有類型的處理器檢測，最特別的是CrystalCPUID具備完整的處理器及系統資訊。 ^[5] 

提高CPU工作主頻主要受到生產工藝的限制。由於CPU是在半導體硅片上製造的，在硅片上的元件之間需要導線進行聯接，由於在高頻狀態下要求導線越細越短越好，這樣才能減小導線分佈電容等雜散干擾以保證CPU運算正確。因此製造工藝的限制，是CPU主頻發展的最大障礙之一。 ^[4] 

頻率與速度的關係：一般説來，一個時鐘週期完成的指令數是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快了。不過由於各種CPU的內部結構也不盡相同，所以並不能完全用主頻來概括CPU的性能。但CPU主頻的高低可以決定電腦的檔次和價格水平。以Pentium 4 2.0為例，它的工作主頻為2.0GHz，這説明了什麼呢？ ^[3] 

具體來説，2.0GHz意味着每秒鐘它會產生20億個時鐘脈衝信號，每個時鐘信號週期為0.5納秒。而Pentium 4 CPU有4條流水線運算單元，如果負載均勻的話，CPU在1個時鐘週期內可以進行4個二進制加法運算。 ^[3] 

這就意味着該Pentium 4 CPU每秒鐘可以執行80億條二進制加法運算。但如此驚人的運算速度不能完全為用户服務，電腦硬件和操作系統本身還要消耗CPU的資源。但Athlon XP處理器採用了PR標稱方式，AMD公開的266MHz前端總線頻率的Athlon XP處理器標稱頻率和實際頻率的轉換計算公式如下：標稱頻率=3×實際頻率/2-500 實際頻率=2×標稱頻率/3+333 例如，Athlon XP 2100+的實際頻率為1733MHz=2×2100/3+333。 ^[3] 

內存主頻和CPU主頻一樣，習慣上被用來表示內存的速度，它代表着該內存所能達到的最高工作頻率。內存主頻是以MHz（兆赫）為單位來計量的。內存主頻越高在一定程度上代表着內存所能達到的速度越快。內存主頻決定着該內存最高能在什麼樣的頻率正常工作。 ^[4] 

計算機系統的時鐘速度是以頻率來衡量的。晶體振盪器控制着時鐘速度，在石英晶片上加上電壓，其就以正弦波的形式震動起來，這一震動可以通過晶片的形變和大小記錄下來。晶體的震動以正弦調和變化的電流的形式表現出來，這一變化的電流就是時鐘信號。而內存本身並不具備晶體振盪器，因此內存工作時的時鐘信號是由主板芯片組的北橋或直接由主板的時鐘發生器提供的，也就是説內存無法決定自身的工作頻率，其實際工作頻率是由主板來決定的。 ^[4] 

DDR內存和DDR2內存和DDR3的內存的頻率可以用工作頻率和等效頻率兩種方式表示，工作頻率是內存顆粒實際的工作頻率，但是由於DDR內存可以在脈衝的上升和下降沿都傳輸數據，因此傳輸數據的等效頻率是工作頻率的兩倍；而DDR2內存和DDR3內存每個時鐘能夠以四倍於工作頻率的速度讀/寫數據，因此傳輸數據的等效頻率是工作頻率的四倍。例如DDR 200 / 266 / 333 / 400的工作頻率分別是100 / 133 / 166 / 200 MHz，而等效頻率分別是200 / 266 / 333 / 400 MHz；DDR2 400 / 533 / 667 / 800的工作頻率分別是100 / 133 / 166 / 200 MHz，而等效頻率分別是400 / 533 / 667 / 800 MHz；DDR3 1066 / 1333 / 1600 / 1800 / 2000的工作頻率分別是266 / 333 / 400 / 450 / 500 MHZ，而等效頻率分別是1066 / 1333 / 1600 / 1800 / 2000MHZ。 ^[4] 

內存異步工作模式包含多種意義，在廣義上凡是內存工作頻率與CPU的外頻不一致時都可以稱為內存異步工作模式。首先，最早的內存異步工作模式出現在早期的主板芯片組中，可以使內存工作在比CPU外頻高33MHz或者低33MHz的模式下(注意只是簡單相差33MHz)，從而可以提高系統內存性能或者使老內存繼續發揮餘熱。其次，在正常的工作模式(CPU不超頻)下，不少主板芯片組也支持內存異步工作模式，例如Intel 910GL芯片組，僅僅只支持533MHz FSB即133MHz的CPU外頻，但卻可以搭配工作頻率為133MHz的DDR 266、工作頻率為166MHz的DDR 333和工作頻率為200MHz的DDR 400正常工作(注意此時其CPU外頻133MHz與DDR 400的工作頻率200MHz已經相差66MHz了)，只不過搭配不同的內存其性能有差異罷了。再次，在CPU超頻的情況下，為了不使內存拖CPU超頻能力的後腿，此時可以調低內存的工作頻率以便於超頻，例如AMD的Socket 939接口的Opteron 144非常容易超頻，不少產品的外頻都可以輕鬆超上300MHz，而此如果在內存同步的工作模式下，此時內存的等效頻率將高達DDR 600，這顯然是不可能的，為了順利超上300MHz外頻，我們可以在超頻前在主板BIOS中把內存設置為DDR 333或DDR 266，在超上300MHz外頻之後，前者也不過才DDR 500(某些極品內存可以達到)，而後者更是隻有DDR 400(完全是正常的標準頻率)，由此可見，正確設置內存異步模式有助於超頻成功。 ^[4] 

DDR4內存是新一代的內存規格。2011年1月4日，三星電子完成史上第一條DDR4內存。 ^[4] 

DDR4相比DDR3最大的區別有三點：16bit預取機制（DDR3為8bit），同樣內核頻率下理論速度是DDR3的兩倍；更可靠的傳輸規範，數據可靠性進一步提升；工作電壓降為1.2V，更節能。嚴格的説，DDR4應該叫DDR4 SDRAM，DDR4 SDRAM全稱Double Data Rate Fourth Synchronous Dynamic Random Access Memory，即第四代雙倍數據率同步動態隨機存取存儲器。 ^[4] 

直到2014年，DDR4內存才首次得到應用，首款支持DDR4內存的是英特爾旗艦級x99平台，此時，DDR4在性能和價格上於高頻率DDR3相比，並沒有什麼優勢，但當時如果用户想體驗旗艦級平台，只能買高價位的DDR4，因為x99只支持DDR4。 ^[4] 

主板芯片組幾乎都支持內存異步，英特爾公司從810系列到較新的875系列都支持，而威盛公司則從693芯片組以後全部都提供了此功能在。 ^[4] 

Intel2018年發佈了隸屬於第八代酷睿處理器家族的KBL-G處理器，也就是傳聞已久的Intel CPU+AMD GPU的處理器。KBL-G處理器一共有5款，規格最高的是i7-8809G，4核心8線程，主頻3.1 GHz，最大睿頻4.2 GHz，8 M三級緩存，內存支持雙通道DDR4-2 400 MHz，並且不鎖倍頻，顯卡搭載的是Radeon RX Vega M GH。 ^[6] 

CPU的主頻即CPU內核工作的時鐘頻率( CPU Clock Speed)。CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對於提高CPU運算速度至關重要。假設某個CPU在一個時鐘週期內執行一條運算指令，那麼當CPU運行在100MHz主頻時，將比它運行在50MHz主頻時速度快一倍。但是電腦的整體運行速度不僅取決於CPU運算速度，還與其他各分系統的運行情況有關。 ^[7] 

外頻是CPU乃至整個計算機系統的基準頻率，單位是MHz。在早期的電腦中，內存與主板之間的同步運行速度等於外頻。在這種方式下，可以理解為CPU外頻直接與內存相連通，實現兩者間的同步運行狀態。對於目前的計算機系統來説，兩者完全可以不相同，但是外頻的意義仍然存在，計算機系統中大多數的頻率都是在外頻的基礎上乘以一定的倍數實現的。 ^[7] 

故障現象：

CPU是Core2DuoE6300，用最新版的EVEREST測得CPU的主頻為12058MHz、CPU的倍頻為6×、CPU的外部總線頻率為201.0MHz、內存總線頻率為2680MHz、DRAM：FSB比值為8：6。請問現有的運行頻率和實際運行頻率為什麼相差這麼多? 是不是CPU的外部總線頻率設置有問題? ^[8] 

分析處理：

之所以CPU現有的運行頻率和實際運行頻率差異較大，和BIOS中對CPU參數的設置不當有關係。依據主板規格的不同，可以進入 “ CPU電壓和頻率 ” 相關設置選項，將FSB頻率調整成266MHz，將倍頻調整到7，內存頻率可以選擇自動設置選項，這樣設置並保存後，CPU主頻就會變成1.86GHz ( 266MHzX7)。 ^[8]