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说到处理器外频,就要提到与之密切相关的两个概念:倍频与主频,主频就是CPU的时钟频率;倍频即主频与外频之比的倍数。主频、外频、倍频,其关系式:主频=外频×倍频。
在486之前,CPU的主频还处于一个较低的阶段,CPU的主频一般都等于外频。而在486出现以后,由于CPU工作频率不断提高,而PC机的一些其他设备(如插卡、硬盘等)却受到工艺的限制,不能承受更高的频率,因此限制了CPU频率的进一步提高。因此出现了倍频技术,该技术能够使CPU内部工作频率变为外部频率的倍数,从而通过提升倍频而达到提升主频的目的。倍频技术就是使外部设备可以工作在一个较低外频上,而CPU主频是外频的倍数。
在Pentium时代,CPU的外频一般是60/66MHz,从Pentium Ⅱ 350开始,CPU外频提高到100MHz,目前CPU外频已经达到了200MHz。由于正常情况下外频和内存总线频率相同,所以当CPU外频提高后,与内存之间的交换速度也相应得到了提高,对提高电脑整体运行速度影响较大。
我们都知道,提高CPU主频和系统时钟频率可以提高电脑系统的运算速度,那么为什么至今为止Pentium Ⅱ的主频只能达到400MHz,电脑系统时钟频率也只由66MHz提高到100MHz?这都是因为提高CPU时钟频率和系统时钟频率受到了一些暂时还无法克服的技术障碍所造成的。
提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。由于CPU是在半导体硅片上制造的,在硅片上的元件之间需要导线进行联接,由于在高频状态下要求导线越细越短越好,这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确,然而目前的CPU生产工艺只能达到0.25um的水平,所以CPU的主频还只能达到400MHz左右。不过据业内人士声称,如0.18um的工艺技术过关,那么生产出主频为700MHz左右的CPU是毫无问题的,如果再能解决IBM提出的铜基导体技术难题,那么还有可能制造出工作主频更高的CPU。
另一方面,提高系统时钟频率的尝试也受到了运行速度较慢的外部器件制约。几十年来,虽然外部设备,主要是数据存储设备技术也在逐步发展,但其发展的速度同CPU的发展进度相比是不可同日而语的。以硬盘为例,尽管生产厂家丝毫没有松懈地努力对硬盘制造技术进行改进,然而硬盘的读、写的实用速度也仅在7MB/s左右,硬盘接口也只能工作在33MHz左右的时钟下,一旦时钟频率提高太多,硬盘就可能无法正常运行。从图2可以清楚地看到,系统时钟频率改变的同时也改变了ISA和PCI等扩展总线的时钟频率,因此必然影响联接在这些接口上的外部设备运行状态,所以我们不能无节制地去提高系统时钟频率。
外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈。前端总线的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度,更实质性的表示了CPU和外界数据传输的速度。而外频的概念是建立在数字脉冲信号震荡速度基础之上的,也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一万万次,它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线与外频这两个概念容易混淆,主要的原因是在以前的很长一段时间里(主要是在Pentium 4出现之前和刚出现Pentium 4时),前端总线频率与外频是相同的,因此往往直接称前端总线为外频,最终造成这样的误会。随着计算机技术的发展,人们发现前端总线频率需要高于外频,因此采用了QDR(Quad Date Rate)技术,或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X,它们使得前端总线的频率成为外频的2倍、4倍甚至更高,从此之后前端总线和外频的区别才开始被人们重视起来。