時脈，是指同步電路中時鐘的基礎頻率。
基本介紹
- 中文名：時脈
- 外文名：Clock rate
- 時脈概述：是指同步電路中時鐘的基礎頻率
- 限制條件：是由晶體振盪器的頻率決定的
- 發展歷史：Intel最快的處理器運行在100MHz
英文名稱,時脈概述,限制條件,發展歷史,比較分析,
英文名稱
Clock rate
時脈概述
是指同步電路中時鐘的基礎頻率，它以「若干次周期每秒」來度量，單位是赫茲（Hz）。例如，來自晶振的基準頻率通常等於一個固定的正弦波形，則時脈就是這個基準頻率，電子電路會為數位 電子裝置將它轉化成對應的脈衝方波。需要補充一點的是，「速度」作為向量不應與純量「頻率」相混淆，所以使用「時鐘速度」來描述這個概念是用詞不當的。
數字訊號的傳送與接受當中，要以多久的間隔來抓取或送出一個單位的數據，是以Clock來指定的。
簡單地說，數字器材要有Clock的控制，才能精確地處理數字訊號。假設兩台互相連線的數字器材，彼此的Clock不相同，就會造成其數字訊號傳送上的失誤。
限制條件
CPU的時鐘頻率通常是由晶體振盪器的頻率決定的。 首台商業PC ， 牛郎星8800 （由MITS製造）使用了一個時鐘頻率為2MHz（200萬次/秒）的Intel 8080 CPU。 第一台IBM PC的時鐘頻率是4.77MHz（4,772,727次/秒）。第一台IBM PC的時鐘頻率是4.77MHz（4,772,727次/秒）。 1995年，Intel's Pentium晶片達到了100 MHz （1億次/秒），到了2002年，最快的CPU：Intel Pentium 4達到了3GHz（三十億次/秒，相當於每個周期3.3*10 -10秒）
對某些CPU來說，將時鐘頻率降低一半（ 降頻 ），一般來說性能也將降低一半，同時此CPU產生的熱量也將減少到原來的一半。
與此相對的，有些人試圖提高CPU性能，為此他們嘗試讓CPU運行在一個較高的時鐘頻率上（ 超頻 ） [1] 。對他們來說他們的超頻行為可能會很快受到下面一條或者兩條條件的限制：
在一個時鐘脈衝後，CPU的信號線需要時間穩定它的新狀態。在一個時鐘脈衝後，CPU的信號線需要時間穩定它的新狀態。 如果上一個脈衝的信號還沒有處理完成，而下一個時鐘脈衝來的太快（在所有信號線完成從0到1或者從1到0的轉換前），就會產生錯誤的結果。。晶片製造商制定了“最高時鐘頻率”的規範，並且在出售晶片之前對它們進行測試確保它們符合“最高時鐘頻率”的規範。 測試將執行最複雜的指令，處理最複雜的數據模型確定使用的最長處理時間（測試在最合適的電壓和穩定保證CPU在最低性能下運行），保證最高時鐘頻率時不會發生衝突。
當信號線從1轉換到0狀態（也可以是0轉換到1狀態）時，將會浪費部分能量使之轉換為熱能（主要是內部驅動電晶體）。 當CPU執行複雜指令，由此進行大量的1狀態0狀態之間的互相轉換時，更高的時鐘頻率將產生更多的熱量。 如果產生的熱量不能被散熱系統及時帶走，電晶體將可能因此過熱損壞。如
工程師一直在尋找新的方法來設計CPU，使它們性能提高，耗能減少，減少限制條件的影響，使新的CPU能運行在更高的時鐘頻率上。 最終限制條件可能由可逆計算解決，雖然可逆計算還沒有得到套用。
同時人們也在尋找另一種新方法來設計CPU，使新CPU與老CPU運行在相同甚至更低的時鐘頻率，但是新CPU將擁有在每個時鐘周期執行更多指令的能力（另見摩爾定律 ）。
發展歷史
在20世紀90年代初期，大多數電腦公司宣傳他們的電腦性能主要提及CPU的時鐘頻率。 這導致了各種各樣的行銷手段，比如說蘋果電腦公司決定生產銷售時鐘頻率110MHz的Power Macintosh 8100/110，因此蘋果公司可以宣傳這台機器是運行速度最快的--因為當時Intel最快的處理器運行在100MHz。 但是這是毫無意義的，因為PowerPC和Pentium 處理器的架構完全不同。
在2000年以後，Intel 的老對手， AMD公司使用型號取代頻率來推廣它的處理器，因為它的處理器相對Intel 的頻率要低。這個趨勢試圖降低“兆赫神話”的影響，因為“兆赫神話”並不能表現出CPU的全部性能。
2004年， Intel 公司宣布它也將型號代替頻率進行命名，可能是因為消費者將Pentium M移動處理器（它的頻率大致相當於Pentium 4的一半）與Pentium 4 相混淆了。
截至2007年，CPU性能的提高主要通過流水線 ，指令集和多核芯技術的創新來實現，而不是時鐘頻率的提高（時鐘頻率的提高受到了CPU功耗下降的限制）。
比較分析
時鐘頻率是比較在同一家族內的晶片性能的唯一方法。 例如，一台PC機配備了50MHz的Inter 486 CPU的計算機，它的性能大約是擁有同樣記憶體、顯示設備和CPU但CPU運行在25MHz的另一台計算機的兩倍，而如果是一台運行在相同時鐘頻率的MIPS R4000計算機就不能這樣直接比較了，因為它們的處理器、功能和架構是不同的。此外，在比較計算機整體性能的時候還需要考慮很多因素，例如前端匯流排 （" front side bus"，FSB）, 記憶體的時鐘頻率，CPU 通用暫存器的數據寬度和機器的一級、二級快取等。
時鐘頻率不應該被套用在不同計算機或者不同類處理器家族的比較中。而是應該以軟體基準測試的結果作為比較的標準。僅僅考慮時鐘頻率會讓人產生誤解，因為不同的處理器在一個周期內能完成的工作是不一樣的。 例如， 精簡指令集 （RISC）處理器的指令要比複雜指令集 （CISC）的簡單（但是時鐘頻率要高）、 超標量處理機可以在一個周期內執行多條指令，但是它一個周期沒有完成多條指令的情況也不少見。此外除去時鐘頻率， 低標量和並行度都影響了計算機的性能。
