cpu时钟周期、机器周期、指令周期

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计算机之所以能自动地工作，是因为CPU能从存放程序的存储器里取出一条指令并执行这条指令；紧接着又是取指令，执行指令，如此周而复始，构成了一个封闭的循环。除非遇到停机指令，否则这个循环将一直继续下去。

把一条指令从取指令开始到全部处理完为止的一段时间称为这条指令的指令周期，简而言之，指令周期就是CPU取出并执行一条指令所需的全部时间。

归纳起来，CPU的基本操作种类有：

（1）在寄存器之间传送数据。

（2）在寄存器与存储器或I/O端口之间传送数据。

（3）完成一次算术或逻辑运算。

所有复杂的指令操作，都是由这三类基本操作组合而成的。其中，第二种的操作时间最长，

因此， 机器周期被定义为CPU进行一次存储器访问所需的时间 。

一个指令周期包含若干个机器周期。任何指令，包括空操作指令NOP，都需要有执行的时间，执行时间最少为一个机器周期。因此，可能的最短指令周期包含两个机器周期。

? 时钟周期是计算机中最基本的、最小的 时间单位 。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。时钟周期表示了 SDRAM 所能运行的最高频率。更小的时钟周期就意味着更高的 工作频率 。

一个机器周期由若干个时钟周期组成，典型的机器周期包含4个时钟周期。

参考:指令周期 机器周期 时钟周期

主频，也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。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。至于外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是：主频=外频×倍频。

“频率”是大家很常见到的一个技术参数，在很多地方，尤其是硬件的介绍中，都会用到它。频率是衡量系统运行速度的一个重要指标频率高，说明系统运行速度快，但不同设备有不同频率，请看下面的文字介绍。

在主板上有一个长方形、用金属包裹的晶振元件，当主板加电后它就会发生电磁震荡，产生一个高频电子脉冲信号。但这些脉冲还不够精确，与电脑需要的频率还不匹配，因此还需要将这些原始频率输入到晶振元件附近的时钟频率发生器芯片，对原始频率进行整形、分频，然后变为计算机需要时各种总线工作频率。计算机当中的总线采用分层结构，运行频率逐级降低。第一级为CPU与北桥芯片的数据传输通道，即系统前端总线频率；第二级为内存与北桥芯片的数据传输通道，即内存总线频率；第三级是AGP显卡与北桥芯片的数据传输通道，即AGP总线频率；第四级是PCI、ISA设备与南桥芯片的数据传输通道，即PCI总线频率。

CPU主频率也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。用公式表示就是：主频=外频×倍频。其中，外频就是总线时钟频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。

一般说来，一个始终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，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0.5ns。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。但如此惊人的预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。Q#xtd_

但AMD的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+333H1

例如，Athlon XP 2100+的实际频率为1733MHz=2×2100/3+333。

前端总线(Front Side Bus,FSB)是连接CPU和北桥芯片之间的线路。在Pentium 4以前，系统前端总线频率和CPU外频是相同的。而对于Pentium 4和Athlon处理器就不同了。

Pentium 4处理器采用类似AGP 4×工作原理的四倍数据传输模式的技术。例如Pentium 4 3.06GHz是采用133MHz外频，那么它的前端总线频率就是533MHz=133×4(注：硬件里有一些比较固定的标准数据，尤其在频率和容量上，这些带有标准意义的数据有时候并不是那么的精确的，比如这里133×4=532，但你在哪里看介绍都不会有532MHz这个数字的，而是533，就是这个道理，其实频率本身并不是特别的精确的，比如Pentium 4 2.4BGHz这款处理器，在正常状态下使用时，会发现，其实际工作频率并不是2.40GHz，而是2.41GHz，这是由于其外频已经达到133.95MHz的缘故，所以533那样的频率其实表示的是一种标准，或说是一个档次，用以和其他标准或档次区分的，不完全具有其数字本身的含义，这一点，大家不要见怪啊)。

同样，在AMD Athlon(中文称作速龙)、Athlon XP、Duron(中文称作毒龙)系列处理器上，是使用了一种可以在脉冲信号上下沿都进行数据传输的技术，AMD称其为“双倍前端总线”。例如AMD Athlon 900采用100MHz外频，其前端总线却是200MHz。

现在使用的内存主要有PC133 SDRAM、DDR266/333/400 DDR SDRAM(又称PC2400/2700/3200 DDR SDRAM)、PC800 RDRAM等几种类型。我应当注意内存时钟频率和内存总线频率的区别。内存时钟频率对整个系统性能来说很重要，内存时钟频率指内存工作时的频率，一般等同于总线时钟频率；而内存总线频率指内存中数据传输的频率。

例如，PC133 SDRAM的内存时钟频率为133MHz，它只能在时钟脉冲的上升沿传输数据，也就是说在一个时钟周期内只能传输1个数据，数据存取周期约为7ns，因此PC133 SDRAM内存总线频率也是133MHz；DDR SDRAM内存能够在时钟脉冲的上升沿和下降沿同时传输数据，因此DDR SDRAM在一个时钟周期内能够传输2个数据，当内存时钟频率为133MHz时，内存总线频率为266MHz，数据存取周期约为3ns；PC800 RDRAM内存时钟频率为400MHz，时钟上升沿和下降沿都可以用来传输数据，如果采用双通道内存总线时，内存总线频率达到800MHz。(多说一句题外话，DDR SDRAM的标注比其他的稍微乱一些，既有DDR400这样的标注，也有PC3200这样的标注，其实它们是一样的，不同之处在于，前者标注时用的是内存总线频率，而后者标注时用的是内存总线带宽，即DDR400内存的带宽为3200MB/s，但PC133和PC800标注的仍然是总线频率)

AGP(Accelerated Graphics Port，图形加速接口)接口是一种专用于处理器和显卡之间高速连接的新型总线，就像当图形界面操作系统的普及导致ISA显卡的带宽成为瓶颈一样，当基于3D图形的一些要求高显示性能的应用成为一种趋势的时候，PCI显卡的带宽不可避免地开始显得捉襟见肘。这里也要向大家介绍AGP时钟频率和AGP总线频率的区别。

AGP的位宽和PCI一样是32位，但AGP时钟频率是PCI的2倍(即66MHz)。它是通过主板的分频技术实现的。由此，我们也可以知道AGP时钟频率并不是固定的，而是取决于总线时钟频率，也就是CPU外频。当总线时钟频率为66MHz、100MHz、133MHz时，主板会通过分频技术令AGP时钟频率保持在66MHz，而当外频提高到非标准频率时，比如125MHz，AGP时钟频率将工作在83.3MHz。

AGP总线频率也是基于AGP时钟频率，它是随着AGP的不同规范而改变。在AGP 1×下，AGP总线频率和AGP时钟频率均为66MHz；AGP 2×是采用类似DDR的两倍频传输技术，所以AGP 2×的总线频率达到133MHz，而AGP时钟频率还是66MHz；AGP 4×是采用QDR(Quad Data Rate)的四倍频传输技术，所以AGP 4×的总线频率达到266MHz，而AGP时钟频率还是66MHz；AGP 8×是采用ODR(Octal Data Rate)的八倍频传输技术，所以AGP 8×的总线频率达到533MHz，而AGP时钟频率依然是66MHz。可见，AGP时钟频率的标准一直都没有变，为66MHz，而据说，下一代AGP的标准，改变的就是AGP时钟频率。

计算机当中的PCI声卡、PCI网卡，还有IDE硬盘、IDE光驱都是在PCI总线下工作。PCI总线频率和PCI时钟频率均为33MHz，它也是通过主板的分频技术实现的。当总线频率为66MHz、100MHz、133MHz时，主板会通过分频技术令PCI总线保持33MHz的工作频率，而当外频提高到非标准频率时，如125MHz，PCI总线将工作在41.6MHz的工作频率。这样一来，许多部件必须工作在非额定频率之下，是否能正常运作则要取决于产品本身的质量了。此时，硬盘能否撑得住是最关键的，因为PCI总线频率提升后，硬盘与CPU的数据交换速度加快，极有可能导致读写不正常，从而产生死机现象。反过来说，若是所有设备都没问题，那么更高的PCI总线频率可以很明显地提高系统运行速度。

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