2024年5月28日发(作者：水清涵)
时钟频率
时钟频率，是提供电脑定时信号的一个源，这个源产生不同频率的基准信号，
用来同步CPU的每一步操作，通常简称其为频率。CPU的主频，是其核心内部
的工作频率（核心时钟频率），它是评定CPU性能的重要指标。
在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的
脉冲信号。脉冲信号之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所
产生的脉冲个数称为频率。频率是描述周期性循环信号（包括脉冲信号）在单
位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫）。
电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。频
率在数学表达式中用“f”表示，其相应的单位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz
（兆赫）、GHz（吉赫）。其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。
计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：s（秒）、ms（毫秒）、μs（微
秒）、ns（纳秒），其中：1s=1000ms，1 ms=1000μs，1μs=1000ns
CPU主频
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GHz的，而这个多少GHz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。
频率与速度的关系
一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的
速度也就越快了。不过由于各种CPU的内部结构也不尽相同，所以并不能完全
用主频来概括CPU的性能。但CPU主频的高低可以决定电脑的档次和价格水平。
以Pentium 4 2.0为例，它的工作主频为2.0GHz，这说明了什么呢？具体来说，
2.0GHz意味着每秒钟它会产生20亿个时钟脉冲信号，每个时钟信号周期为0.5
纳秒。而Pentium 4 CPU有4条流水线运算单元，如果负载均匀的话，CPU在1
个时钟周期内可以进行4个二进制加法运算。这就意味着该Pentium 4 CPU每秒
钟可以执行80亿条二进制加法运算。但如此惊人的运算速度不能完全为用户服
务，电脑硬件和操作系统本身还要消耗CPU的资源。但Athlon XP处理器采用
了PR标称方式，AMD公开的266MHz前端总线频率的Athlon XP处理器标称
频率和实际频率的转换计算公式如下：标称频率=3×实际频率/2-500 实际频率
=2×标称频率/3+333 例如，Athlon XP 2100+的实际频率为
1733MHz=2×2100/3+333
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)。频率单位 kHz MHz GHz THz 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。
2.带宽与频率
与频率相关的另一个参数是数据传输率，也称为“带宽”，用于衡量数据通信
速度的快慢。通常情况下，带宽=时钟频率×(位宽÷8)。譬如PCI总线的时钟频率
为33.33MHz，因其位宽为32bit，所以其带宽为33.33×(32÷8)=133MB/s。
的频率
在286及以前的电脑中，CPU的频率与外部总线的频率相同。Intel 386电
脑中采用了时钟分频方式，时钟电路提供给CPU的时钟信号的频率66MHz，
而CPU内部则以33MHz的频率工作。Intel 80486 DX2则采用倍频方式，它允
许CPU以2倍或3倍于外部总线的速度运行，但仍以原有时钟频率与外界通讯。
进入Pentium时代以后，倍频技术获得广泛应用，目前处理器的倍频已达20倍。
系统时钟频率：通常也称作“外频”——CPU外部总线的时钟频率。外频由频率
合成器芯片提供，后文将对频率合成器芯片进行详细介绍。主频：主频是CPU
内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率，由外频(或前端总线频率)与倍率
共同决定，也即：主频=外频×倍率。前端总线频率：前端总线(Front Side Bus，
FSB)频率是CPU和北桥芯片间进行数据交换的频率，它与外频既有联系，又有
区别。外频是前端总线时钟信号的频率，而前端总线频率是指数据传输的频率。
对于Pentium 4处理器来说，由于采用了QDR(Quad Data Rate，4倍数据比率)技
术，1个时钟周期内可以传输4次数据，所以前端总线频率相当于外频的4倍：
2024年5月28日发(作者：水清涵)
时钟频率
时钟频率，是提供电脑定时信号的一个源，这个源产生不同频率的基准信号，
用来同步CPU的每一步操作，通常简称其为频率。CPU的主频，是其核心内部
的工作频率（核心时钟频率），它是评定CPU性能的重要指标。
在电子技术中，脉冲信号是一个按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的
脉冲信号。脉冲信号之间的时间间隔称为周期；而将在单位时间（如1秒）内所
产生的脉冲个数称为频率。频率是描述周期性循环信号（包括脉冲信号）在单
位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率的标准计量单位是Hz（赫）。
电脑中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。频
率在数学表达式中用“f”表示，其相应的单位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz
（兆赫）、GHz（吉赫）。其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。
计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：s（秒）、ms（毫秒）、μs（微
秒）、ns（纳秒），其中：1s=1000ms，1 ms=1000μs，1μs=1000ns
CPU主频
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GHz的，而这个多少GHz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。
频率与速度的关系
一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的
速度也就越快了。不过由于各种CPU的内部结构也不尽相同，所以并不能完全
用主频来概括CPU的性能。但CPU主频的高低可以决定电脑的档次和价格水平。
以Pentium 4 2.0为例，它的工作主频为2.0GHz，这说明了什么呢？具体来说，
2.0GHz意味着每秒钟它会产生20亿个时钟脉冲信号，每个时钟信号周期为0.5
纳秒。而Pentium 4 CPU有4条流水线运算单元，如果负载均匀的话，CPU在1
个时钟周期内可以进行4个二进制加法运算。这就意味着该Pentium 4 CPU每秒
钟可以执行80亿条二进制加法运算。但如此惊人的运算速度不能完全为用户服
务，电脑硬件和操作系统本身还要消耗CPU的资源。但Athlon XP处理器采用
了PR标称方式，AMD公开的266MHz前端总线频率的Athlon XP处理器标称
频率和实际频率的转换计算公式如下：标称频率=3×实际频率/2-500 实际频率
=2×标称频率/3+333 例如，Athlon XP 2100+的实际频率为
1733MHz=2×2100/3+333
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)。频率单位 kHz MHz GHz THz 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。
2.带宽与频率
与频率相关的另一个参数是数据传输率，也称为“带宽”，用于衡量数据通信
速度的快慢。通常情况下，带宽=时钟频率×(位宽÷8)。譬如PCI总线的时钟频率
为33.33MHz，因其位宽为32bit，所以其带宽为33.33×(32÷8)=133MB/s。
的频率
在286及以前的电脑中，CPU的频率与外部总线的频率相同。Intel 386电
脑中采用了时钟分频方式，时钟电路提供给CPU的时钟信号的频率66MHz，
而CPU内部则以33MHz的频率工作。Intel 80486 DX2则采用倍频方式，它允
许CPU以2倍或3倍于外部总线的速度运行，但仍以原有时钟频率与外界通讯。
进入Pentium时代以后，倍频技术获得广泛应用，目前处理器的倍频已达20倍。
系统时钟频率：通常也称作“外频”——CPU外部总线的时钟频率。外频由频率
合成器芯片提供，后文将对频率合成器芯片进行详细介绍。主频：主频是CPU
内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率，由外频(或前端总线频率)与倍率
共同决定，也即：主频=外频×倍率。前端总线频率：前端总线(Front Side Bus，
FSB)频率是CPU和北桥芯片间进行数据交换的频率，它与外频既有联系，又有
区别。外频是前端总线时钟信号的频率，而前端总线频率是指数据传输的频率。
对于Pentium 4处理器来说，由于采用了QDR(Quad Data Rate，4倍数据比率)技
术，1个时钟周期内可以传输4次数据，所以前端总线频率相当于外频的4倍：