学文网cpu频率篇1
游戏时更高的性能固然能带来高效率，但办公或聊天时完全没必要用太高的频率，那会带来无聊的噪音，是否有办法让CPU在运行3
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运行 MagicSpeed后，鼠标右键点击任务栏的软件标志，会出现一个CPU速度调节菜单，其中包括“自动降速”以及25%、50%、 75%、100%四个档位，“自动降速”选项适合移动CPU，因为移动CPU的节能技术可以让CPU按照系统的负载情况自由调节CPU频率，对于25%、50%、 75%、100%四个档位频率的选择，可以适合Intel所有主流CPU变频（不支持AMD处理器）。
比如2.8GHz主频的CPU，在进行简单文字处理或上网浏览网页时，选择50%固定运行模式（主频为1.4GHz）完全可以胜任，频率的降低，带来的功耗也低，而对于移动办公的笔记本可以增加电池的续航时间。而当我们进行一些简单的网络游戏，将2.8GHz主频降低到2.1 GHz（选择75%固定运行模式），事实并不影响任何操作，同时降低了一些噪音，可以达到速度和噪音的平衡。当我们看电影时，此时如果有噪音，那么意味着影响看电影的心情，而事实上，低于1 GHz主频的CPU也能很好的胜任，因此将频率调到了700MHz（选择25%固定运行模式，这样大大降低了工作噪音。
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关键词:CPU主频;计算机性能;锁频;超频
中***分类号:TP303文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)10-0179-02
一、CPU主频简介
有人认为CPU主频越高,计算机的性能就越高,其实这种认识是错误的,真正决定计算机性能的恰恰不是主频,而是其他的东西,就好像手指一样,五根手指三长两短,人们这种错误的认知也导致了以Intel、AMD为主的微处理器生产商都尽可能在主频上做文章,都试***占有相对的数字优势,以便占领更多的市场份额。致使“跷跷板”式你上我下的数字游戏,在2000年和2001年中不断上演,后来,AMD采用了新标识的 (AMDAthlonXP)处理器与 (IntelP4)处理器再一次叫板,这时在大多数人们不禁疑问:CPU频率是否等于性能?其实MHz、GHz只是作为频率的度量单位,并不是性能的代名词。
1.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,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,还与其他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。
2.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大多都能以较低的主频,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。
二、CPU主频对CPU运算速度的影响
由于CPU主频对CPU运算速度有着直接的影响,DIY爱好者们用过各种方法来提高CPU的主频,从而提高CPU的运算速度,这就是超频。为了吸引DIY爱好者的眼光,芯片制造商们除了想办法制造出性能更优异,主频更高的CPU外,从现有的产品线入手,进行一些改造,例如:AMD公司的AthlonX2 64黑盒系列便是将生产的芯片中性能和体质相对较好的产品挑选出来,将这些产品的倍频不予锁定,这样可以直接通过提升倍频的方式来超频,使DIYer们可以更方便地对CPU进行超频,与以往的提升外频的超频方式相比,不锁倍频可以使超频更具有灵活性,从而可以更好地发挥CPU的效能。尽管通过超频可以有效地提升CPU的运算速度,但超频也具有一定的危险性。目前市面上销售的Pentium42.8E就是基于Prescott核心的,虽然拥有1MB的超大缓存(以往的P4才只有一半),但是基准测试(Benchmark)却并没有得到提升,反而在某些指标上有退化现象。Pentium42.8E在寒冷的冬天就已遭DIYer非议,因为温度在没有负荷的情况下就已经快速超过60℃,稍微超频的话就接近处理器烧毁的极限温度了。
电脑中586、686CPU的主频与系统时钟有对应关系,如Pentium 166的166MHz主频就是将66MHz的系统时钟进行2.5倍频而获取的,因此从理论上讲,将Pentium 166的倍频系数改为2就可以使它运行在200MHz的主频下,这就是我们常说的所谓CPU“超频”,实际上有很多人就是这样做的,甚至许多Remark 的CPU也是因此而产生。“超频”损害了CPU生产商的利益,所以Intel对其多数CPU产品进行了“锁频”技术处理,这种锁频CPU采用固定倍频系数的方法去限制用户对CPU超频运行。锁频CPU的表现是当用户人为设置的倍频系数超过原CPU的倍频系数时,CPU就仍然采用原倍频系数对系统时钟倍频,保证CPU运行在标称频率值上。例如锁频Pentium 133的倍频系数被锁定在2上,因此无论你如何在主板上设置倍频系数,你也无法迫使它运行在高于133MHz的主频上。具体表现是当主板设置的CPU内核时钟超过标称值时,CPU一概不予理睬,仍然按规定的倍频系数运行在133MHz主频上。
但道高一尺,魔高一丈,针对Intel的锁频,不少电脑爱好者另辟蹊径,找出了采用提高系统时钟频率 (实际上也就是提高CPU的外频)的方法强制锁频的CPU运行在高出标称值很多的主频上。具体方法就是将原66MHz 的系统时钟提高到75MHz或83MHz上,然后适当调CPU的工作电压,这样尽管CPU的倍频系数不变也能使Pentium 133运行在 (75×2)=150MHz或 (83×2)=166MHz的主频上。对于其他锁频的686 CPU如pentium Ⅱ233等,也可以按此方法进行处理。不过采用提高系统时钟的方法并不一定在每一台电脑上都能成功,这是因为系统时钟频率提高后,电脑中系统内存、PCI总线时钟和AGP显示接口的时钟频率都提高了。由于PCI总线时钟是系统时钟的一半。所以当系统时钟提高到75MHz或83MHz时,PCI总线时钟频率相应达到了37.5MHz或41MHz以上,此时就可能使相当部分品牌的硬盘已经不能正常运行了。
同样,由于在66MHz系列的系统时钟下,AGP显示接口的时钟频率与系统时钟频率相等,所以当系统时钟频率提高到75MHz或83MHz时,AGP接口的工作时钟也得高达75MHz或 83MHz,在75MHz的工作时钟下已同样有相当数量品牌的AGP显示卡不能正常运行,当时钟频率高达83MHz时,就几乎所有的AGP显示卡都无法正常运行。在系统时钟是100MHz规格时,将系统时钟频率提高到112MHz和133MHz以后,对PCI总线和AGP接口的影响情况与在系统时钟频率为 66MHz的电脑系统相同,会由于提高系统时钟频率而造成硬盘和显示卡不能正常运行现象。
另外系统时钟频率提高后, Pentium II型CPU内部的L2 Cache的工作频率也相应被提高,而L2 Cache的访问速度是有一定限制的,当系统时钟频率提高到一定程度(如将66MHz提高到100MHz时)。L2 Cache就有可能无法正常工作。因此我们在对没有锁频的CPU和被锁频的CPU超频时要区别处理。对没有锁频的CPU,我们可以采用保持正常系统时钟 (CPU外频)频率,提高CPU倍频系数的方法进行超频,超频能否成功仅取决CPU本身的性能和质量;而在采用提高系统时钟方法对锁频CPU进行超频时,超频能否成功则不但取决于CPU的性能和质量外,还取决于系统内存(RAM)、硬盘和AGP显示卡等部件的性能和质量。所以,我们在对CPU进行超频运行时必须要考虑到以上这些因素,适可而止。
三、结语
CPU主频时代的终结!曾几何时,主频成了处理器(CPU,Central Processing Unit)快慢的标准。当评价一台电脑的好坏时,人们一般首先说这台电脑是“奔腾4”多少GHz;如果记者现在告诉你――这个观念已经完全落伍了,会不会感到有些困惑?同是2.8GHz的CPU,竟有很大的区别。2004年,Intel一共推出9款主频为2.8GHz的x86架构处理器 (不含笔记本的Mobile版本)。在Pentium4/Celeron家族中,由于CPU内核不同,FSB规格不同,封装方式不同,L2缓存大小等区别,竟有9种同样是2.8GHz主频的处理器将上市。最高级的一款,是LGA775封装的Pentium4(Prescott核心)2.8GHz。该处理器基于90纳米制程工艺的,FSB800MHz,L2缓存达到1MB,还支持扩展版超线程 (HT)。与之相比,最低端的2.8GHzCPU将是Celeron(Northwood核心)2.8GHz。该处理器基于0.13微米工艺,采用μPGA478封装,FSB400MHz,L2缓存仅有128KB,当然也不支持HT。也就是说,同样的2.8GHz处理器,L2缓存从高到低可以相差8倍,FSB也有两倍的差距,并且有支持或不支持超线程(Hyper-Threading)的区别。这就构成了英特尔x86处理器之间的巨大差别。
不仅仅处理器上有区别,LGA775版的P4自然会使用支持PCIExpress的芯片组(Chipset,指主板上与处理器等部件配合的芯片),而老式的μPGA478封装的Celeron呢,则还沿用从前的那些旧式芯片组。也就是说系统体系结构也会有巨大的差别。换言之,Intel生产的同主频处理器,由于制造方式的不同,连处理器主频以外的部分也会由此产生重大区别。
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一、流水线效率：CPU的核心技术
在多数情况下，我们总是把目光集中于CPU的主频、缓存以及多媒体指令集方面，而忽视了最为关键的流水线效率。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线：在CPU中由多个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条x86指令分成几步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，并提高CPU的运算效率。
经典Pentium每条整数流水线都分为四级流水。但是，随后的历代CPU为了便于主频提升，还是不断拉长了流水线，这也导致其处理效率的大幅度降低。通过细化流水后提高主频，使得在一个CPU周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取空间。例如，起初Pentium4的流水线就长达20级，随后的Prescott更是提升到31级。超流水线设计的级数越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。但流水线过长也带来了副作用，出现主频较高的CPU实际运算效率较低的现象。
举一个最简单的例子，如果大家对比同频率的Athlon XP(Barton)和Socket 754 Athlon 64，那么就会发现其实性能相差无几。而如果是Intel Core 2 Duo和同频率Pentium 4对比，差距就更大了。造成这一情况的因素有很多，而流水线效率则是最主要的原因。现在，购买CPU不能仅仅看主频有多高，而是要将流水线效率和主频进行综合考虑。
二、缓存技术：并非唯一评判要素
除了主频，CPU的另外一大要素便是缓存，甚至部分用户认为缓存重要性大于主频。很显然，这其中存在认识上的误区。对于CPU而言，缓存分为一级缓存和二级缓存，并且一级缓存也分为数据区和缓冲区，因此部分类型的CPU对于二级缓存的容量并不是十分敏感。以AMDSocket 754 Sempron为例，拥有128KB二级缓存和256KB二级缓存大约只有等效于200MHz的主频差距，所以我们可以认为K8处理器对于二级缓存的容量要求并不是很高。
但是，Intel的Pentium 4非常依赖于缓存容量。这一方面是受到流水线效率降低的负面影响，另一方面也是涉及到缓存命中率的问题，毕竟缓存容量与性能提升幅度并非简单的线性关系。
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1.优化，有可能会过犹不及。
2.如何超频CPU，才能避免硬件损坏的惨剧发生。
3.如何合理超频显卡，寻找性能与稳定的平衡点。
硬件优化，多么熟悉的词语。对于许多电脑用户来说，也许将电脑抱回家的第一件事情就是对其进行优化。诚然，适度地优化能够提升硬件性能，对于消费者来说不失为一道免费的大餐。但不知诸位想过没有，如果优化过度，又会带来什么样的危机呢?俗话说“物极必反”拼命压榨电脑潜力，也许会将它推向一条不归路。
加压过度，CPU超频的恶梦
加压过度危险性
导致后果 轻则频繁出现死机、蓝屏等现象，重则损坏CPU。
解决措施 将电压降低至合理范围。
笔者有一位朋友，今年购置了一套CPU为AM2 Sempron 2800+的电脑。在购机之后，觉得CPU的速度不甚理想，于是就想到了超频。朋友采用各种方法，将外频提升到了320MHz，主频提升到了2.5GHz(Sempron 2800+的默认主频为1.6GHz，外频为200MHz)。确实，在超频之后，电脑的运行速度提升了许多，但随之而来的就是死机，蓝屏等问题的大量出现。究其根源就是朋友为了追求极限超频，把CPU电压调得过高所致。
其实，这还是一个比较幸运的案例。在笔者接触的人群中，就有不少用户是因为对CPU加电压超频，最后导致CPU出现永久性损坏(***1)。笔者并不是反对超频，但是在超频的过程中，把握一个适当的程度非常重要。
1.莫贪心，超频切记适可而止
在对CPU超频时，首先要了解自己CPU的具体性能如何，以及超频潜力有多大。一般来说，同一系列的CPU中，频率最低的产品的超频潜力比较大。
其次，超频时要注意适可而止，不要过度超频，忽视了超频的最终目的：在保持系统稳定性和部件质量的前提下，充分发挥CPU潜能。笔者建议，将CPU的超频幅度控制在40％以内，会相对安全一些。
2.须牢记，提升电压有危险
如果说，对超频幅度的把握不当，有可能会带来死机等麻烦。那么，对CPU电压提升不当，则可能会引发CPU烧毁的“人间惨剧”。有相当多的用户在超频失败后，总喜欢用调高CPU电压的方法来增强超频能力(***2)。但在这么做的同时，如果不注意电压调节的幅度，就无疑是置CPU的安全于不顾，随时都可能导致CPU“牺牲”或者系统严重不稳定。
其实，只要知道一个“安全区”，将CPU的电压控制在“安全区”之内，就可以避免造成不可挽回的损失。一般来说，请将CPU电压提升的幅度控制在0.1V之内(个别CPU的电压提升幅度可以稍高)。如表l所示，笔者列举了几款主流CPU的默认电压以及安全电压，希望能对大家有所帮助。
“一般安全电压”并不是CPU的极限电压，而是指加压幅度如果不超过该电压，一般来说是比较安全的。此外，虽然将CPU的电压控制在“一般安全电压”以内是比较安全的，但大家在加压的同时还是必须保证让CPU拥有一个较佳的散热环境。
失去节制，显卡超花屏
加压过度危险性
导致后果 出现花屏、玩游戏死机等现象。
解决措施 有针对性地超频，将显卡温度控制在合适范围内。
现在，越来越多的人都把寻找“压榨”对象的目光放到了显卡身上。不仅仅是用户将显卡购回家之后要超频，就连厂商也用超频作为显卡推广的卖点之一。但显卡超频真的是没有危险，能超多少就可以超多少吗?其实未必如此。
笔者的一位朋友，就是“听信谗言”，在将显卡超至极限频率之后导致了显卡的永久损坏，总是出现极为严重的花屏(***3)，哪怕是将显卡的频率降低，也无法恢复正常了。而这种核心损坏的显卡，厂商也不会提供质保。
看了上文，也许有人会觉得显卡超频是一件非常恐怖的事情，这种想法也有些偏颇。其实，只要将显卡的频率以及温度控制在一个安全范围内，就完全不必担心出现硬件损坏的情况。
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案例一：电脑不断重启
原因散热器接触问题
故障现象计算机刚刚出现启动画面即重启，或者进入系统后不久就重启。
故障解决碰到这类症状，肯定很多人把问题想到内存和CPU超频不当上。可再这个案例中，用排除法可以简单地排除内存和超频因素。几经测试，最后将CPU重新安装后故障才消失。原来这台电脑的CPU近期更换过散热器，由于散热器安装不当造成散热器和CPU接触不良，影响了CPU的散热并使系统不稳定。如果长时间在这种环境下使用，会大大缩短CPU的寿命。
案例二：周期性死机
原因主板无法正常测温
故障现象这台台式机处理器使用了原装散热器有了好几年，散热器的散热效果还算比较理想，CPU高负载时温度也不会高于60℃。但运行于标准频率下，只要运行CPU占用率高的程序，一会就死机。可CPU此时温度只有50多℃，这是怎么回事呢？
故障解决我们在CPU温度显示为55℃时实测其内核温度，发现已达到86.4℃。CPU在这样的高温下连续运行，甚至会有烧毁的危险。进过一番研究，原来这是主板检测到的CPU温度迷惑了我们。这块主板报告的CPU温度根本不是其内核温度，主板的测温探头根本就没有和CPU散热片或CPU接触，测量的只是CPU四周的空气温度。
谁说在BIOS里显示的CPU温度就是准确的？这块主板就是一个鲜活的例子。如果长时间被这个错误温度误导，可能会造成CPU在看似低温情况下烧毁的惨剧。
案例三：电脑无法启动
原因CPU针脚接触不良
故障现象电脑忽然无法开机，屏幕无显示信号输出。
故障解决遇到屏幕无显示信号输出的问题，肯定是先认定显卡出现故障。用替换法检查后，发现显卡并无问题。后来又推测是显示器故障，检查后显示器也一切正常。百思不得其解，偶然拔下插在主板上的CPU，仔细观察后发现了问题。
原来是CPU的一部分针脚均出现发黑、发绿的现象，虽然并无烧毁痕迹，但有氧化的痕迹和锈迹，就是因为这个原因我们无法点亮机器。小心用牙刷对CPU针脚做了清洁工作，电脑又可以工作了。
案例四：CPU被烧毁
原因系统的挂起模式
故障现象在某次时候后，一台台式机的处理器报废了。很奇怪的是CPU正确安装了散热器，它是如何被烧毁的？
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2、内存总线速度(Memory-Bus Speed) 指CPU与二级(L2)高速。
3、缓存和内存之间的通信速度。
4、扩展总线速度(Expansion-Bus Speed) 指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线接口卡的工作速度。
5、工作电压(SupplyVoltage) 指CPU正常工作所需的电压。早期CPU的工作电压一般为5V，随着CPU主频的提高，CPU工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。
6、地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096 MB的物理空间。
7、数据总线宽度决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。
8、内置协处理器含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统，如高版本的AUTO CAD就需要协处理器支持。
9、超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。Pentium级以上CPU均具有超标量结构；而486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。
10、L1高速缓存即一级高速缓存。内置高速缓存可以提高CPU的运行效率，这也正是486DLC比386DX-40快的原因。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，这也正是一些公司力争加大L1级高速缓冲存储器容量的原因。不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。
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其实这4个短语是4个超“强悍”视频短片的名字。说它们“强悍”，是在于近几年来，许许多多对电脑性能自信满满的玩家，在它们面前都不由得发出感叹―“被打败了”。
这几个视频短片倒底有什么特别？近几年电脑性能突飞猛进，随便找一台主流配置的电脑，播放高码率的1080p高清视频都属于小儿科。那为何大多数电脑都会在这几个视频短片面前折戟沉沙呢？
原因在于它们都是基于4k×2k像素级***像格式标准。4k×2k是4000×2000像素级***像格式的简称，它是数字影院影像格式的规定标准，由美国7家著名电影公司组成的业界团体“DCI（国际电影数字标准化组织）”提出并通过。同时通过的，还有2k×1k格式标准。现如今，4k×2k已经成为电影业界的标准格式，平时所说的4k电影、4k放映机、4k影院，也都是基于这一标准，只是说法更加简化而已。而我们现在所看的很多大片，都是用4k摄像机拍摄，并且4k影院也逐渐在全球普及开来。
我们已耳熟能详的720p、1080p，属于高清格式；而本文的主角，4k×2k所对应的2160p，则属于超高清格式。需要提及的是，4k×2k标准有两种规格，一种是针对超高清影院的，画面比例为1.8:1，分辨率为4096×2160；而另一种则是针对普通超高清家庭应用，画面比例为16:9，分辨率为3840×2160。我们在前面提到的4个2160p超高清短片，其中有3个就是3840×2160，另一个则是4096×1744的。
从字面上看，2160p格式 相比现在已成为主流的1080p格式只是翻了倍。但实际上2160p格式的视频清晰度是1080p视频的4倍，因为前者横向和纵向的像素数量都是后者的两倍。通过我们制作的示意***，也许大家更容易理解几种格式之间的差异。
当然，2160p格式的差异不仅仅是分辨率和像素数量，相应地视频文件码率也由此大大增加。1080p格式中20多Mbps的高码率，在2160p动辄上百Mbps，更高到近300Mbps的码率面前，显得并不起眼。对于高清玩家而言，只要CPU性能强，基本上都会选择软解，因为软解使用简单，而且画质最好。但是，能流畅软解1080p的CPU，在面对拥有“变态”码率的2160p视频时，多数都会败下阵来。事实上，我们在准备这篇文章的时候，就刻意挑选了多款CPU作为挑战对象，从低端到高端，从仍在一些玩家HTPC机箱中服役的老型号产品到现在售价高达数千元的“新贵”，从台式机CPU到移动版CPU……虽然难以搜罗市面上更多型号的CPU加入挑战，但如此所得的最终结果，相信也能起到一定的参考作用。让大家以参测CPU的表现为标准，对自己所用CPU在面对2160p视频软解的性能有一个大致的评估。
测试中我们安装了最新版的完美解码，解码设置依照默认状态(软解)，而播放器为PotPlayer。
《Sintel》(《辛特尔》)是一部4k开源电影，立项于2009年5月，由Blender基金会赞助，最后在2011年2月与公众见面。这部超高清动画短片片长14分47秒，讲述了一个吉普赛女孩寻找自己的宠物飞龙的故事。它是这4部短片中时长最长，且唯一拥有剧情的。视频分辨率为4096×1744，屏幕比例2.35:1，码率为35Mbps，视频文件大小为3.9GB。
这部少女时代的短片时长3分33秒，是由1个MV和3个现场版视频合成在一起组成的2160p短片，所以画面结构为“田”字型。这部短片的码率比前面的《辛特尔》高出许多，达到了101Mbps，画面比例为16:9，视频文件大小为2.7GB。
《鸭子飞了》是在玩家当中流传得最广的2160p超高清测试短片，短短16秒的时长，文件大小竟达到了500MB，而码率也高达248Mbps。可以说大多数玩家了解到2160p超高清概念，都是从这部片子开始的。
Crowd Run(网上也称“万人长跑”)的视频其实有两个，都采用CRF编码(固定质量模式)，分别为CRF25和CRF22(CRF后面跟的数值越低质量越好)。两段短片的时长都为10秒，画面比例为16:9。其中CRF25的文件大小为163MB，码率137Mbps；而CRF22的文件大小为335MB，码率是本次几部短片中最高的，达到了281Mbps。
CRF25
CRF22
从选择的这些CPU播放2160p超高清视频的最终结果来看，高分辨率和高码率的2160p视频完全可称得上是在“鲸吞”CPU的性能。老型号的双核CPU在面对这些2160p视频时，几乎是无能为力的；中端的一些CPU，如AMD羿龙Ⅱ X4 940、英特尔酷睿i3 2330M、英特尔酷睿i7 720QM也仅仅能流畅播放像《辛特尔》这样码率相对较低的2160p超高清视频。如果遇到码率更高的，也是一样力不从心。而高端CPU在播放测试中，它们也没能把这几部对性能要求高得变态的短片全面通吃，这点在播放码率高达281Mbps的Crowd Run CRF22这个文件时就能看出，近来人气度超高的英特尔至强E3 1230，以及A M D顶级的推土机架构8核处理器FX 8150均出现了卡顿现象。真正全部通过的，仅有目前售价高达7000多元的英特尔酷睿i7 3960X，但我们也可以看到，它在播放Crowd Run CRF22这个短片时，CPU占用率亦上升到了53%。
站在个人玩家的角度，用当前的主流CPU或中高端 CPU去播放2160p视频，以流行的话来讲就是纯属“找虐”。那么2160p存在就当前来看是否毫无意义呢？我们认为恰恰相反。它的出现对于硬件技术的进步和产品的革新有相当积极的推动作用。
首先是终端显示设备的进步，当前主流的***显示设备肯定难以达到如此高的分辨率，除非组建多屏系统。在这方面，厂商的步伐还是跟得比较紧，例如夏普早在2008年就过4k×2k超高清液晶面板，之后夏普、奇美等厂商也都展示过超高清液晶电视机。而索尼也于2011年9月了一款型号为VPL-VW1000ES，标准分辨率为4096×2160的投影机，针对的是顶级家庭娱乐。
其次是存储系统的进步，2160p视频拥有极高码率，必然造成视频文件体积的剧增，届时一部时长超过1小时的超高清影片，容量肯定会超过100GB。现在主流的BD DL(50GB)肯定难以承载。但要知道在2010年，就有了BD XL标准，四层碟片的容量就有128GB。事实上蓝光光盘还有8层碟片的规格，达到200多GB是没有问题的。
最后是CPU，它的进步不用多说，我们只需要看看这几年的发展就能预见，当几年后超高清娱乐更加接近我们的时候，CPU的性能一定是能够满足相应需求的。
当然，我们也承认，2160p离我们还有一段不小的距离。但我们也要提醒大家注意，目前1080p成为主流视频格式，2160p概念初现，这种情况与当年DVD成为主流，而720p和1080p还是高端概念的情况何其相似。
在文章结束前，我们想告诉你，其实前面提及的几部超高清短片都不是最“变态”的。假如你正好在使用英特尔酷睿i7 3960X这颗顶级处理器，并且有足够大的硬盘和足够快的宽带接入，那么去页面下方这个地址的网站看看吧。里面提供了一个视频***(日本动画《叛逆的鲁鲁修》)，分辨率为7680×4320，至于它的容量大小，看看***片上圈出来的地方……祝你好运。
索尼顶级家用4k投影机VPL-VW1000ES，预估售价近17万人民币。
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关键字处理器；动态功耗；温度监控
1引言
随着CPU集成度和运行速度的不断提高，其功耗也越来越大，导致CPU的运行温度越来越高，并成为CPU技术发展的瓶颈。CPU的温升不仅影响CPU技术的进一步快速发展，而且直接影响CPU的稳定性和使用寿命。如何抑制CPU的温升和迅速降低CPU的温度成为CPU设计和使用的一个重点。
CPU设计者主要从体系结构设计、集成电路半导体材料选择、CPU内功能电路布局、CPU几何尺寸等方面把握CPU的理论功耗和表面散热途径。CPU在完成设计并成为产品以后，在使用的过程中，它的实际功耗和散热效率会因不同的使用环境而有所不同。CPU的使用环境包括周围温度、气压、通风、供电电压、时钟频率、散热措施、负荷特点等。本文重点讨论各种温控技术，并且给出解决降温的各种措施。
2影响CPU温升的因素
CPU的温升取决于两大方面，一个方面是CPU工作不断产生的热量累积；另一个方面是对CPU产生的热量的导散。热量增加和散热不畅都会导致CPU的温度上升，并造成对CPU的损伤。
CPU的热量来源于它的功耗，根据CPU功耗与供电电压和工作频率的关系可以看到供电电压和工作频率是影响CPU温升的两个重要因素。
CMOS电路CPU的动态功耗为P=CV2f，其中C表示电路负载大小，V表示供电电压，f为工作频率。可见工作频率f与芯片的动态功耗成线性正比例关系，供电电压V的平方与芯片的动态功耗成线性正比例关系，对于一颗CPU来说，电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。因此，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到较好的效果。对于已经选定的CPU来讲，降低供电电压和工作频率，也是一条节省功率的可行之路。
3CPU的温控技术[1][4][5]
3.1外部温度监控技术
对CPU温度监控通过“外部监测”措施—即通过主板CPU插座下面的热敏电阻来监测CPU工作时的温度。CPU插座内采用立式或贴片式的热敏电阻。整个监测过程全部是由主板来负责，热敏电阻直接将所监测到的数据传给主板上的温控电路，如果监测到CPU的工作温度超过在BIOS中的预设值时就会自动断电关机或报警。采用此种方式的优点是体积小、价格低，使用方便，不过在监控处理器温度时明显存在缺陷，比如用此类监测方式得到的温度往往是CPU底面的温度，而不是内核温度，温度读数是由监控芯片根据温敏电阻的阻值变化计算得出，而且此类接触式测试受外部环境影响较大。如果热敏电阻与微处理器接触不够紧密，微处理器的热量不能有效地传送到，所测量温度会有很大误差。有些主板上采用***D贴片热敏电阻去测量微处理器温度，其测量误差比直立式热敏电阻误差更大，因为这种贴片元件很难紧密接触到微处理器。故此类CPU温控结果误差性极大、反应不灵敏，所得结果仅仅只供参考。这就带来了一个十分严重的问题∶表面温度不能及时反映微处理器核心温度变化，从而形成一个时间滞后的问题。因为核心温度变化之后要经过一段时间才能传送到微处理器表面。相比之下，表面温度反应十分迟钝，其升温速度远不及核心温度，当核心温度发生急剧变化时，表面温度只有“小幅上扬”。Pentium4和AthlonXP等最新的微处理器，其核心温度变化速度达30～50℃/s，核心温度的变化速度越快，测量温度的延迟误差也越大。在这种背景之下，如果再以表面温度作为控制目标，保护电路尚未做出反应，微处理器可能早已烧坏。因此曾提出“TemperatureOffsetCorrection”(温度偏差修正)的CPU内核心温度监测温度修正方案来纠正此种CPU温控所带来的偏差。所谓“温度偏差修正”就是指当系统采用外部测量法时，必须在测量结果的基础上增加一个温度偏差值：即BIOS中显示的温度值=实际测试值+温度偏差值。这个偏差值由主板热敏电阻、临界温度等因素来决定，当系统设定以后它就是一个常量(通过刷新BIOS可以改变这个值)。这些措施在一定程度上可以减小误差值。但是，问题仍不能得到根本性解决，比如对于突发事件(如风扇脱落)所带来的温度急剧提升完全不能及时做出反应。为此我们考虑采用内部温控技术。
3.2内部温控技术
针对外部温度监控技术的不足，CPU厂商在CPU内核里面加入了一个专门用于监测CPU温度的热敏二极管，将CPU温度来引了“内部温控”时代。在这里整个处理器温度监控系统可分为外部控制型和内部控制型两种基本结构。外部控制型监控系统，其实就是主板的温度监控电路，它有三种基本存在形式∶一种是采用***的控制芯片，，这些芯片除了处理温度信号，同时还能处理电压和转速信号；第二种形式是在BIOS芯片中集成了温度控制功能；第三种形式是南桥芯片中集成温度控制功能，目前新一代南桥芯片都有温度监控功能。而内部控制型监控系统则是指CPU内核心中整合的热敏二极管，这个热敏二极管的正负两极作为CPU两个针脚直接来通过主板CPU插座和主板的温度监控电路相连。在整个监控过程中，当CPU工作时，热敏二极管就将感应到的数据变化传输给主板的温控电路，由主板的一个特定逻辑运算电路通过所接收到的数据计算出CPU的内核温度，如果计算出来的温度高于预设温度警戒线时，系统就会自动在瞬间切断CPU核心电压，使CPU停止工作并让系统挂起来，从而可以很好地保护CPU不被烧毁。P2、P3及AthlonXP处理器都是采用了此种技术。这种方法反馈回来的温度并不是很准确，往往要比CPU核心温度低5度左右。为防止它的处理器过热烧毁推出了S2K总线断开技术：即当处理器内核温度过高时，系统会发出一个HALT指令(HALT改指令的意思是在没有要处理的指令和数据时将处理器挂起)，当CPU接收到HALT指令时，处理器会转到相应的等待模式，这种模式只需要消耗较小的功率。
通过在CPU内核整合热敏二极管来控温已经是一种能很准确监控CPU核心温度的方法了，而且配合主板的温控电路就能即时保护过热的CPU，使其不至于在风扇突然停转或意外脱落时CPU被烧掉。但此类内部温控技术存在一个弊端，那就是在CPU温度过高时通过直接关闭电脑来达到保护的目的，这样会导致数据因为未能及时保存而丢失，忽略了数据的价值往往要比一个CPU的价值要高的可能性。而且热量不稳定可能导致系统不稳定，如果电脑死机或程序进入死循环，就会失去监控作用，也就无法保护微处理器了。
3.3热量控制电路
为弥补第一代内部温度监控技术的不足，Intel在Northwood核心P4中引入了第2代内部温度监控技术—热量控制电路(ThermalControlCircuit，英特尔又将它命名为热量监视器(ThermalMonitoring))。P3、AthlonXP的温控电路的特点是内部仅拥有一个热敏二极管不同，而Northwood核心P4的热量控制电路拥有两套热敏二极管。其中一套热敏二极管侦测CPU的温度值并传输给主板上的硬件监控系统，这套装置像传统的内部温控技术一样通过关闭系统来保护CPU，不过只是在紧急情况才会自动关闭。第二套热敏二极管放置在CPU内核温度最高的部位，几乎触及ALU单元，并作为热量控制电路的一个组成部分。在CPU工作中，这两套热敏二极管的电阻会因温度而变化，因此通过它的电流也会随着CPU的核心温度而变化，通过与内设参考电流的比较，系统能够判断当前电流是否达到了临界点。如果CPU最热的地方超过一定值，第二套热量温控装置会发送一个PROCHOT#信号使热量控制电路系统开始工作，通过减小CPU的负载来降温，其实这套热敏二极管起到波动调节作用。Pentium4的热量控制机制并非是减少时钟频率，而是减少其输出的有效工作频率。当温度正常的时候，ALUs(算术逻辑运算器)将会接受到一定的频率。但当主板检测到CPU的核心温度达到一个特定的临界值时，热量控制电路就开始发送PROCHOT#信号，将空置的时钟周期插入到正常的时钟周期内，发送到CPU的调节信号如***1所示。
***1发送到CPU的调节信号
PROCHOT#激活的无效周期会将某些正常时钟周期省略掉，使得最终发送给CPU逻辑运算单元的信号频率就会有所降低，从而通过降低CPU的工作效能来达到降温的目的。随着温度的降低，热量控制电路将会开始减少空时钟周期的数量以使CPU返回它原来的工作模式。只要CPU核心温度比临界值低1度时，热量监视器就会停止发送过热信号。热量控制单元就会停止产生空的时钟周期，CPU的性能也就恢复到正常值，过热保护系统被激活只需十几亿分之一秒，我们还可以在Pentium4主板的BIOS中选择超警戒温度来进行控制。当处理器的任务周期(dutycycle)占全部周期的比例越大说明处理器的工作效率越高，其可以调节的比例在12.5%到87.5%之间，选择的数值越小，则任务周期的比例越小，效率降幅反而越大，我们还可以利用PROCHOT#引脚功能保护主板的其它元件。当供电模块的温度超出警戒温度时，监控电路输出低电平到PROCHOT#，从而激活TCC，通过降低微处理器功耗来达到保护供电模块及主板其它元件的目的。
4抑制CPU温升的措施
4.1风冷散热系统
风冷散热系统由散热片和风扇构成，判断散热片的好坏的重要依据是表面积的大小，采用众多的鳍片来提高散热效果。散热片的内部和边缘需要设置合理的导风通道，散热片的切割面要磨光，以使其能与CPU表面完全结合。滚珠轴承的寿命、噪音、发热量远较含油轴承好。工作电压为12v，耗电量在十瓦之内。不少人认为风扇转速越高，那么在同一时间内，从CPU上带走的热量就越多，这样CPU就越容易冷却，事实并不是如此。如果风扇的转速超过其标准值，那么风扇在长时间超负荷情况下运行时，从CPU上带走的热量就比在高速转动过程中产生的热量小，这样时间运行得越长，热量差也就越大，高速运转的风扇不但不能起到良好的冷却效果，反而使CPU温度大幅提升；况且，散热风扇的转速越高，可能在运转过程中产生的噪音就越大，严重的话可能让风扇或者CPU报废；另外，要想让风扇高速运转，还必须有较大的功率来提供动力源，而高动力源是从主板和电源中的高功率中获得的，主板和电源在超负荷功率下就会经常引起系统的不稳定。所以，风扇转速越高冷却效果越好的说法是不成立的。从理论上分析，风扇功率越大散热效果应该越好，但这样的理论成立是在一定的前提之下的，也就是说在风扇的运行功率不超过额定运行功率的条件下，功率越大的风扇通常它的风力也越强劲，散热的效果也越好。而风扇的功率与风扇的转速又是直接联系在一起的，也就是说风扇的转速越高，风扇也就越强劲有力。不能片面地强调高功率，这需要同计算机本身的功率相匹配，如果功率过大，不但不能起到很好的冷却效果，反而可能会加重计算机的工作负荷，从而会产生恶循环，最终缩短了CPU风扇的寿命。因此，用户在选择CPU风扇时，不能错误认为风扇功率大其散热效果肯定会好，而应该根据够用原则来选择与自己电脑相匹配的风扇。并且在选择好风扇之后能够根据实际情况选择合适的机箱，从而更好地降低CPU的温度。
4.2半导体散热系统
半导体制冷器由许多N型和P型半导体材料排列组成，N、P之间是铜、铝等金属材料，外面是绝缘和导热良好的陶瓷片。通电后，电子由负极出发，经P型半导体吸收热量，至N型半导体放出热量。冷端接到CPU，热端接到散热片，由风扇将热量排出。这种散热系统消耗功率为10w至50w，增加了微机电源负担，本身产生大量热，容易造成半导体散热片的高温烧毁，低温一面容易产生露。
4.3液氮散热系统
液氮散热系统的工作原理是将主板、CPU等部件密封于一个空间里并抽成真空，CPU被内部充满液态氮的玻璃容器密封。进行类似水冷的循环散热。，它的特点是冷却能力强，但制造工艺复杂，容易结霜产生露水。
4.4软件降温
软件降温利用了CPU“空闲挂起”指令进行工作，从而实现了CPU的降温及功耗的降低。“空闲挂起”就是指在一段时间内没有接收到指令，CPU自动进入低耗能的休眠状态，降温软件缩短了CPU进入休眠状态的等候时间，从而减少了热量的产生。降温软件占用约1%至3%的系统资源，使CPU下降3至10℃。但是当CPU进行实时多任务的工作时，CPU能够得到“空闲挂起”的机会不大，这种情况下，软件降温的作用便失去了。
5结论
本文从CPU升温的因素说起，接着详细地介绍了当前几种主要的CPU温控技术，并分析每种温控技术的优缺点，接着介绍了当前的几种主要的CPU降温措施。
参考文献
[1]C.M.Krishna，Yann-HangLee.Voltage-Clock-ScalingAdaptiveSchedulingTechniquesforLowPowerinHardReal-TimeSystems.IEEETRANSACTIONSONCOMPUTERS，VOL.52，NO.12，DECEMBER2003
[2]Jung-HiMin，HojungChaandVasonP.Srim.AnEfficientPowerManagementMechanismforWiFi-basedHandheldSystems.WirelessCommunications，NetworkingandMobileComputing，2006.WiCOM2006.InternationalConferenceon
[3]BishopBrockandKarthickRajamani.DynamicPowerManagementforEmbeddedSystems.SOCConference，2003.Proceedings.IEEEInternational[Systems-on-Chip]
cpu频率篇9
电脑主频的意思是CPU内核工作的时钟频率（CPUClockSpeed）。
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情况。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。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。
（来源：文章屋网 ）
cpu频率篇10
“推土机”架构的问题
AMD的“推土机”架构后，高功耗、高频率和达不到预期的性能令AMD高端CPU产品线上显得颇为尴尬。虽然从架构来说，“推土机”的确是一款***性的产品，模块化设计、单模块双物理核心、灵活多变的浮点计算单元方案等都是创新技术。奈何功力不够，“推土机”架构的实际产品性能表现还是差了一些火候。从宏观来看，如果“推土机”架构解决了工艺问题以及缓存延迟、数据命中率等诸多核心问题，再在架构上做出一定优化，CPU的性能得到大幅度提升也不是不可能。但AMD并没有这么多时间，一方面英特尔按部就班的推出自己的新产品，“推土机”发展的一代时间中，英特尔已经从Sandy Bridge进步到了Ivy Bridge，工艺也从32nm进步到了22nm的3D晶体管，而英特尔下一代的Haswell也将在2013年初登场，AMD没有也不可能有太多时间来大幅度改进CPU设计，因此只能在“推土机”的基础上进行小改动，先把最急需解决的问题解决，让新的“打桩机”相比“推土机”性能有一定提升，扭转目前竞争不利的态势再说。
这就是“打桩机”架构出现的背景。总的来看，“打桩机”架构在“推土机”架构的基础上，做了一些小修小补的必要改进，一些重要部分“打桩机”架构和“推土机”架构基本上是完全相同的，包括内部的模块化设计、每个模块两个整数核心以及一个共享的256bit浮点核心都没有什么改变。AMD在“打桩机”架构上的主要任务是提升IPC（每周期指令）性能，让CPU内部处理效率更高，同时AMD还需要改进32nm工艺，让“打桩机”架构的实际产品能够运行在更高频率上，用更高频率换取CPU的更好性能，赢得更多的竞争空间。
频率提升很重要
AMD在资源有限的情况下，尽可能的对“推土机”架构做出了调整，以获取更高的性能。在所有的技术改进中，目前AMD能使用的最有效、最直接的就是提升频率。AMD采用了三种方法来提升“打桩机”架构实际产品的频率表现。第一种方法就是改进现有的32nm SOI工艺。AMD在制造工艺上落后英特尔整整一代，因此只能使用比较老旧的32nm抗衡英特尔的22nm 3D晶体管。不过这并不代表AMD的CPU频率无法提高。AMD经过改进后的32nm SOI工艺漏电率更低，发热也随之降低，CPU运行频率能提升得更高。第二种方法是采用了名为“Resonant Clock Mesh”谐振时钟网络的技术来辅助频率提升。这项技术能够使CPU频率提升10%，或者在同频率下降低10%的功耗，特别是时钟分派功耗降低24%。谐振时钟网络技术的目的在于新建一个高性能的片内电感器，并利用这个新的电感器建立振荡回路，从而更为精确的控制时钟功耗，并节约一部分电能。第三个则是全新的Turbo Core 3.0技术。一般来说，CPU所有的部件并不是在任何时候都处于满载状态，这就为频率控制技术留下了一定的空间。频率控制技术可以将非工作状态的CPU内部部件的TDP“让渡”给那些满载工作状态的部件，令其提升频率并尽可能快的完成工作任务，从而达到提升效能的目的。为了达到这个目的，AMD在打桩机的每个模块中都加入了自己***的功率检测器，所有的功率检测器将实时动态监测CPU各个部分的功率，将所有的功耗数据和TDP相比较，并反馈给P-state Manager进行管理，当P-state Manager发现CPU的实际功耗小于TDP时，则自动提升频率，让工作任务更块完成。在实际操作中，Turbo Core 3.0完全无需人工干预，它会根据产品类型和使用环境，对单模块、双模块、多模块进行动态调整。Turbo Core 3.0能够提升APU性能大约5%，在某些特定环境下有可能更高。
指令效率要更高
AMD的“推土机”架构的问题在于指令效率比较低，因此在“打桩机”架构中AMD也从这方面做出了改进。AMD首先改进的是“打桩机”架构的分支预测系统，“打桩机”架构以分段的方式增加了整体分支预测的成功率。此外，“打桩机”架构还可以将之前的分支预测数据暂存在寄存器中，借此提高分支预测的能力。总的来看“打桩机”在架构指令预测方面命中率更高。为了进一步提升指令性能，AMD还为打桩机架构增加了指令窗口的大小，这可以让CPU处理更大的指令组。最终结果是，“打桩机”架构的指令解码宽度为4路，在单核心和单模组模式下，可以最多同时处理4条指令，在双模组时最多可以处理8条。另外，AMD还加入了新的指令集来提高执行效率。新加入用于乘加计算的FMA3指令、用于16bit的浮点转换的F16C指令以及之前就支持的FMA4，“打桩机”架构堪称得到了目前最齐全的架构指令支持。
内存延迟也要降低
缓存延迟和内存延迟是“推土机”架构相当明显的软肋，“打桩机”架构虽然无法做到彻底更改，但还是做出了很多重要改进。有关这一点AMD没有给出具体资料，只是宣称自己在缓存读取延迟和存储预取功能等部分做出了有益的改进，让“打桩机”架构实际产品的性能表现更好。其余的改进还包括“打桩机”架构的读取/存储单元的延迟，比如改进存储-读取的排队序列，这样可以降低预测编译部分的工作请求，并降低负载和压力。L1缓存的转移指令缓冲区（Translation Lookaside Buffer，简称为TLB）通道增加到64个，是上代产品Llano的2倍。
一些测试表明，“打桩机”架构的延迟比“推土机”架构明显要小，但是小得很有限，不过这也能带来比较明显的性能提升。看来AMD在无法彻底更改CPU架构的情况下，是很难做到大幅度、***性的性能改进了。“打桩机”架构始终只是“推土机”架构的小幅度性能改进版本。
打桩机架构的具体产品