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時鐘頻率
編輯在計算中,時鐘速率或時鐘速度通常是指處理器的時鐘發生器可以產生脈沖的頻率,用于同步其組件的操作,并用作處理器速度的指標 . 它以頻率赫茲 (Hz) 的 SI 單位進行測量。
xxx代計算機的時鐘速率以赫茲或千赫茲 (kHz) 為單位,1970 年代和 80 年代出現的xxx臺個人計算機 (PC) 的時鐘速率以兆赫茲 (MHz) 為單位,而在 21 世紀,速度 現代 CPU 的頻率通常以千兆赫 (GHz) 為單位進行宣傳。 在比較同一系列中的處理器時,此指標最有用,其他可能影響性能的功能保持不變。
決定因素
編輯合并
現代處理器的制造商通常對以更高時鐘速率運行的處理器收取高價,這種做法稱為裝箱。 對于給定的 CPU,時鐘速率是在制造過程結束時通過對每個處理器的實際測試確定的。 芯片制造商發布了xxx時鐘速率規范,他們在出售芯片之前測試芯片以確保它們符合該規范,即使是在執行最復雜的指令時,其數據模式需要最長的時間才能穩定(在運行的溫度和電壓下測試 性能最低)。 成功測試符合一組給定標準的處理器可能被標記為更高的時鐘速率,例如 3.50 GHz,而那些未通過更高時鐘速率標準但通過較低時鐘速率標準的處理器可能被標記為 較低的時鐘頻率,例如 3.3 GHz,并以較低的價格出售。
工程
CPU 的時鐘速率通常由振蕩器晶體的頻率決定。 通常,晶體振蕩器會產生固定的正弦波——頻率參考信號。 電子電路將其轉換為相同頻率的方波,用于數字電子應用(或者,在使用 CPU 倍頻器時,晶體參考頻率的某個固定倍數)。 CPU 內部的時鐘分配網絡將該時鐘信號傳送到所有需要它的部分。 A/D 轉換器有一個由類似系統驅動的時鐘引腳,用于設置采樣率。 對于任何特定的 CPU,用另一種以一半頻率振蕩(降頻)的晶體替換晶體通常會使 CPU 以一半的性能運行并減少 CPU 產生的廢熱。 相反,有些人試圖通過用更高頻率的晶體(超頻)替換振蕩器晶體來提高 CPU 的性能。 然而,超頻量受到 CPU 在每個脈沖后穩定的時間以及產生的額外熱量的限制。
在每個時鐘脈沖之后,CPU 內部的信號線需要時間來穩定到它們的新狀態。 也就是說,每條信號線都必須完成從 0 到 1 或從 1 到 0 的轉換。如果下一個時鐘脈沖在此之前到來,則結果將不正確。 在轉換過程中,一些能量被浪費為熱量(主要在驅動晶體管內部)。 當執行會導致多次轉換的復雜指令時,時鐘速率越高,產生的熱量就越多。 晶體管可能會因過熱而損壞。
時鐘速率也有下限,除非使用完全靜態的內核。
歷史里程碑和當前記錄
編輯xxx臺全機械模擬計算機 Z1 以 1 Hz(每秒周期)時鐘頻率運行時鐘頻率,xxx臺機電通用計算機 Z3 以大約 5–10 Hz 的頻率運行。 xxx臺電子通用計算機 ENIAC 在其循環單元中使用 100 kHz 時鐘。 由于每條指令需要 20 個周期,因此它的指令速率為 5 kHz。
xxx臺商用 PC,Altair 8800(由 MITS 開發),使用時鐘速率為 2 MHz(每秒 200 萬個周期)的 Intel 8080 CPU。 最初的 IBM PC(約 1981 年)的時鐘頻率為 4.77 MHz(每秒 4,772,727 個周期)。1992 年,惠普和 Digital Equipment Corporation 在 PA-7100 和 AXP 中使用 RISC 技術突破了困難的 100 MHz 限制 分別為 21064 DEC Alpha。
1995 年,英特爾 P5 奔騰芯片的運行速度為 100 MHz(每秒 1 億次循環)。 2000 年 3 月 6 日,AMD 在英特爾推出 1 GHz 系統前幾天展示了通過 1 GHz 里程碑。 2002 年,英特爾奔騰 4 型號作為首款時鐘頻率為 3 GHz(每秒 30 億周期,相當于每個周期約 0.33 納秒)的 CPU 推出。 從那時起,生產處理器的時鐘速率增加得更慢,性能改進來自其他設計更改。
最高 CPU 時鐘頻率的吉尼斯世界紀錄于 2011 年創下,在 LHe/LN2 冷凍浴中使用超頻的 AMD FX-8150 Bulldozer 芯片達到 8.42938 GHz,播出時頻率為 5 GHz。
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