CPU的主频
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是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“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大多都能已较低的主频，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。
　　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。因此制造工艺的限制，是CPU主频发展的最大障碍之一。

CPU外频
外频是CPU乃至整个计算机系统的基准频率，单位是MHz（兆赫兹）。在早期的电脑中，内存与主板之间的同步运行的速度等于外频，在这种方式下，可以理解为CPU外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。对于目前的计算机系统来说，两者完全可以不相同，但是外频的意义仍然存在，计算机系统中大多数的频率都是在外频的基础上，乘以一定的倍数来实现，这个倍数可以是大于1的，也可以是小于1的。
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。
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。
一个CPU默认的外频只有一个，主板必须能支持这个外频。因此在选购主板和CPU时必须注意这点，如果两者不匹配，系统就无法工作。此外，现在CPU的倍频很多已经被锁定，所以超频时经常需要超外频。外频改变后系统很多其他频率也会改变，除了CPU主频外，前端总线频率、PCI等各种接口频率，包括硬盘接口的频率都会改变，都可能造成系统无法正常运行。当然有些主板可以提供锁定各种接口频率的功能，对成功超频有很大帮助。超频有风险，甚至会损坏计算机硬件。

CPU缓存
CPU缓存（Cache Memoney）位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。由此可见，在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（缓存+内存）就变成了既有缓存的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的。　
　　缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取并送给CPU处理；如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。
　　正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高（大多数CPU可达90%左右），也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中，只有大约10%需要从内存读取。这大大节省了CPU直接读取内存的时间，也使CPU读取数据时基本无需等待。总的来说，CPU读取数据的顺序是先缓存后内存。
　　最早先的CPU缓存是个整体的，而且容量很低，英特尔公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类。当时集成在CPU内核中的缓存已不足以满足CPU的需求，而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量。因此出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存，此时就把 CPU内核集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。一级缓存中还分数据缓存（I-Cache）和指令缓存（D-Cache）。二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令，而且两者可以同时被CPU访问，减少了争用Cache所造成的冲突，提高了处理器效能。英特尔公司在推出Pentium 4处理器时，还新增了一种一级追踪缓存，容量为12KB.
　　随着CPU制造工艺的发展，二级缓存也能轻易的集成在CPU内核中，容量也在逐年提升。现在再用集成在CPU内部与否来定义一、二级缓存，已不确切。而且随着二级缓存被集成入CPU内核中，以往二级缓存与CPU大差距分频的情况也被改变，此时其以相同于主频的速度工作，可以为CPU提供更高的传输速度。
　　二级缓存是CPU性能表现的关键之一，在CPU核心不变化的情况下，增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异，由此可见二级缓存对于CPU的重要性。
　　CPU在缓存中找到有用的数据被称为命中，当缓存中没有CPU所需的数据时（这时称为未命中），CPU才访问内存。从理论上讲，在一颗拥有二级缓存的CPU中，读取一级缓存的命中率为80%。也就是说CPU一级缓存中找到的有用数据占数据总量的80%，剩下的20%从二级缓存中读取。由于不能准确预测将要执行的数据，读取二级缓存的命中率也在80%左右（从二级缓存读到有用的数据占总数据的16%）。那么还有的数据就不得不从内存调用，但这已经是一个相当小的比例了。目前的较高端的CPU中，还会带有三级缓存，它是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。
　　为了保证CPU访问时有较高的命中率，缓存中的内容应该按一定的算法替换。一种较常用的算法是“最近最少使用算法”（LRU算法），它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局。因此需要为每行设置一个计数器，LRU算法是把命中行的计数器清零，其他各行计数器加1。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算法，其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出缓存，提高缓存的利用率。
　　CPU产品中，一级缓存的容量基本在4KB到18KB之间，二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB等。一级缓存容量各产品之间相差不大，而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的，容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加，要在有限的CPU面积上集成更大的缓存，对制造工艺的要求也就越高。
双核心CPU的二级缓存比较特殊，和以前的单核心CPU相比，最重要的就是两个内核的缓存所保存的数据要保持一致，否则就会出现错误，为了解决这个问题不同的CPU使用了不同的办法：
Intel双核心处理器的二级缓存
目前Intel的双核心CPU主要有Pentium D、Pentium EE、Core Duo三种，其中Pentium D、Pentium EE的二级缓存方式完全相同。Pentium D和Pentium EE的二级缓存都是CPU内部两个内核具有互相独立的二级缓存，其中，8xx系列的Smithfield核心CPU为每核心1MB，而9xx系列的Presler核心CPU为每核心2MB。这种CPU内部的两个内核之间的缓存数据同步是依靠位于主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线在两个核心之间传输来实现的，所以其数据延迟问题比较严重，性能并不尽如人意。
Core Duo使用的核心为Yonah，它的二级缓存则是两个核心共享2MB的二级缓存，共享式的二级缓存配合Intel的“Smart cache”共享缓存技术，实现了真正意义上的缓存数据同步，大幅度降低了数据延迟，减少了对前端总线的占用，性能表现不错，是目前双核心处理器上最先进的二级缓存架构。今后Intel的双核心处理器的二级缓存都会采用这种两个内核共享二级缓存的“Smart cache”共享缓存技术。
AMD双核心处理器的二级缓存
Athlon 64 X2 CPU的核心主要有Manchester和Toledo两种，他们的二级缓存都是CPU内部两个内核具有互相独立的二级缓存，其中，Manchester核心为每核心512KB，而Toledo核心为每核心1MB。处理器内部的两个内核之间的缓存数据同步是依靠CPU内置的System Request Interface(系统请求接口，SRI)控制，传输在CPU内部即可实现。这样一来，不但CPU资源占用很小，而且不必占用内存总线资源，数据延迟也比Intel的Smithfield核心和Presler核心大为减少，协作效率明显胜过这两种核心。不过，由于这种方式仍然是两个内核的缓存相互独立，从架构上来看也明显不如以Yonah核心为代表的Intel的共享缓存技术Smart Cache。

关于CPU超频
电脑的超频就是通过人为的方式将CPU、显卡等硬件的工作频率提高，让它们在高于其额定的频率状态下稳定工作。以Intel P4C 2.4GHz的CPU为例，它的额定工作频率是2.4GHz，如果将工作频率提高到2.6GHz，系统仍然可以稳定运行，那这次超频就成功了。
　　CPU超频的主要目的是为了提高CPU的工作频率，也就是CPU的主频。而CPU的主频又是外频和倍频的乘积。例如一块CPU的外频为100MHz,倍频为8.5,可以计算得到它的主频＝外频×倍频＝100MHz×8.5 = 850MHz。
　　提升CPU的主频可以通过改变CPU的倍频或者外频来实现。但如果使用的是Intel CPU，你尽可以忽略倍频，因为IntelCPU使用了特殊的制造工艺来阻止修改倍频。AMD的CPU可以修改倍频，但修改倍频对CPU性能的提升不如外频好。
　　而外频的速度通常与前端总线、内存的速度紧密关联。因此当你提升了CPU外频之后，CPU、系统和内存的性能也同时提升了。

CPU超频主要有两种方式：

一个是硬件设置，一个是软件设置。其中硬件设置比较常用，它又分为跳线设置和BIOS设置两种。
　　1.跳线设置超频
　　早期的主板多数采用了跳线或DIP开关设定的方式来进行超频。在这些跳线和DIP开关的附近，主板上往往印有一些表格，记载的就是跳线和DIP开关组合定义的功能。在关机状态下，你就可以按照表格中的频率进行设定。重新开机后，如果电脑正常启动并可稳定运行就说明我们的超频成功了。
　　比如一款配合赛扬1.7GHz使用的Intel 845D芯片组主板，它就采用了跳线超频的方式。在电感线圈的下面，我们可以看到跳线的说明表格，当跳线设定为1－2的方式时外频为100MHz，而改成2－3的方式时，外频就提升到了133MHz。而赛扬1.7GHz的默认外频就是100MHz，我们只要将外频提升为133MHz，原有的赛扬1.7GHz就会超频到2.2GHz上工作，是不是很简单呢：）。
另一块配合AMD CPU使用的VIA KT266芯片组主板，采用了DIP开关设定的方式来设定CPU的倍频。多数AMD的倍频都没有锁定，所以可以通过修改倍频来进行超频。这是一个五组的DIP开关，通过各序号开关的不同通断状态可以组合形成十几种模式。在DIP开关的右上方印有说明表，说明了DIP开关在不同的组合方式下所带来不同频率的改变。
例如我们对一块AMD 1800+进行超频，首先要知道,Athlon XP 1800+的主频等于133MHz外频×11.5倍频。我们只要将倍频提高到12.5，CPU主频就成为133MHz×12.5≈1.6GHz，相当于Athlon XP 2000+了。如果我们将倍频提高到13.5时，CPU主频成为1.8GHz，也就将Athlon XP 1800+超频成为了Athlon XP2200+，简单的操作换来了性能很大的提升，很有趣吧。
2.BIOS设置超频
　　现在主流主板基本上都放弃了跳线设定和DIP开关的设定方式更改CPU倍频或外频，而是使用更方便的BIOS设置。
　　例如升技（Abit）的SoftMenu III和磐正（EPOX）的PowerBIOS等都属于BIOS超频的方式，在CPU参数设定中就可以进行CPU的倍频、外频的设定。如果遇到超频后电脑无法正常启动的状况，只要关机并按住INS或HOME键，重新开机，电脑会自动恢复为CPU默认的工作状态，所以还是在BIOS中超频比较好。
　　这里就以升技NF7主板和Athlon XP 1800+ CPU的组合方案来实现这次超频实战。目前市场上BIOS的品牌主要有两种，一种是PHOENIX-Award BIOS，另一种是AMI BIOS，这里以Award BIOS为例。
　　首先启动电脑，按DEL键进入主板的BIOS设定界面。从BIOS中选择Soft Menu III Setup，这便是升技主板的SoftMenu超频功能。
进入该功能后，我们可以看到系统自动识别CPU为1800+。我们要在此处回车，将默认识别的型号改为User Define（手动设定）模式。设定为手动模式之后，原有灰色不可选的CPU外频和倍频现在就变成了可选的状态。
如果你需要使用提升外频来超频的话，就在External Clock：133MHz这里回车。这里有很多外频可供调节，你可以把它调到150MHz或更高的频率选项上。由于升高外频会使系统总线频率提高，影响其它设备工作的稳定性，因此一定要采用锁定PCI频率的办法。
Multiplier Factor一项便是调节CPU倍频的地方，回车后进入选项区，可以根据CPU的实际情况来选择倍频，例如12.5、13.5或更高的倍频。
菜鸟：如果CPU超频后系统无法正常启动或工作不稳定，我听说可以通过提高CPU的核心电压来解决，有这个道理吗？
阿萌：对啊。因为CPU超频后，功耗也就随之提高。如果供应电流还保持不变，有些CPU就会因功耗不足而导致无法正常稳定的工作。而提升了电压之后，CPU就获得了更多的动力，使超频变得更容易成功和稳定。
　　在BIOS中可以设置和调节CPU的核心电压（如图7）。正常的情况下可以选择Default（默认）状态。如果CPU超频后系统不稳定，就可以给CPU核心加电压。但是加电压的副作用很大，首先CPU发热量会增大，其次电压加得过高很容易烧毁CPU，所以加电压时一定要慎重，一般以0.025V、0.05V或者0.1V步进向上加就可以了。
3.用软件实现超频
　　顾名思义，就是通过软件来超频。这种超频更简单，它的特点是设定的频率在关机或重新启动电脑后会复原，菜鸟如果不敢一次实现硬件设置超频，可以先用软件超频试验一下超频效果。最常见的超频软件包括SoftFSB和各主板厂商自己开发的软件。它们原理都大同小异，都是通过控制时钟发生器的频率来达到超频的目的。
　　SoftFSB是一款比较通用的软件，它可以支持几十种时钟发生器。只要按主板上采用的时钟发生器型号进行选择后，点击GET FSB获得时钟发生器的控制权，之后就可以通过频率拉杆来进行超频的设定了，选定之后按下保存就可以让CPU按新设定的频率开始工作了。不过软件超频的缺点就是当你设定的频率让CPU无法承受的时候，在你点击保存的那一刹那导致死机或系统崩溃。
CPU超频秘技：
　　1.CPU超频和CPU本身的“体质”有关
　　很多朋友们说他们的CPU加压超频以后还是不稳定，这就是“体质”问题。对于同一个型号的CPU在不同周期生产的可超性不同，这些可以从处理器编号上体现出来。
　　2.倍频低的CPU好超
　　大家知道提高CPU外频比提高CPU倍频性能提升快，如果是不锁倍频的CPU，高手们会采用提高外频降低倍频的方法来达到更好的效果，由此得出低倍频的CPU具备先天的优势。比如超频健将AMD Athlon XP1700+/1800+以及Intel Celeron 2.0GHz等。
　　3.制作工艺越先进越好超
　　制作工艺越先进的CPU，在超频时越能达到更高的频率。比如Intel新推出就赢得广泛关注的Intel Celeron D处理器，采用90纳米的制造工艺，Prescott核心。已经有网友将一快2.53GHz的Celeron D超到了4.4GHz。
　　4.温度对超频有决定性影响
　　大家知道超频以后CPU的温度会大幅度的提高，配备一个好的散热系统是必须的。这里不光指CPU风扇，还有机箱风扇等。另外，在CPU核心上涂抹薄薄一层硅脂也很重要，可以帮助CPU良好散热。
　　5.主板是超频的利器
　　一块可以良好支持超频的主板一般具有以下优点：（1）支持高外频。（2）拥有良好供电系统。如采用三相供电的主板或有CPU单路单项供电的主板。（3）有特殊保护的主板。如在CPU风扇停转时可以立即切断电源，部分主板把它称为“烧不死技术”。（4）BIOS中带有特殊超频设置的主板。（5） 做工优良，最好有6层PCB板。

学习一下~~~