CPU的主频是什么意思.docx
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2023-03-11
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CPU 的主频是什么意思？
主频也叫时钟频率，单位是 MHz，用来表示 CPU的运算速度。CPU的主频＝
外频×倍频系数。很多人以为认为 CPU的主频指的是 CPU运行的速度，实际上这
个认识是很片面的。CPU的主频表示在 CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与 CPU
实际的运算能力是没有直接关系的。当然，主频和实际的运算速度是有关的，但
是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且 CPU的运算速
度还要看 CPU的流水线的各方面的性能指标。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。因
此主
频仅仅是 CPU性能表现的一个方面，而不代表 CPU的整体性能。
CPU缓存（Cache Memory）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（Data Cache，D-Cache）和
指令缓存（Instruction Cache，I-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，用新增的一种一级
追踪缓存替代指令缓存，容量为 12KμOps，表示能存储 12K条微指令。
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。
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