时钟频率

在计算中，时钟速率或时钟速度通常是指处理器的时钟发生器可以产生脉冲的频率，用于同步其组件的操作，并用作处理器速度的指标 . 它以频率赫兹 (Hz) 的 SI 单位进行测量。

xxx代计算机的时钟速率以赫兹或千赫兹 (kHz) 为单位，1970 年代和 80 年代出现的xxx台个人计算机 (PC) 的时钟速率以兆赫兹 (MHz) 为单位，而在 21 世纪，速度 现代 CPU 的频率通常以千兆赫 (GHz) 为单位进行宣传。 在比较同一系列中的处理器时，此指标最有用，其他可能影响性能的功能保持不变。

现代处理器的制造商通常对以更高时钟速率运行的处理器收取高价，这种做法称为装箱。 对于给定的 CPU，时钟速率是在制造过程结束时通过对每个处理器的实际测试确定的。 芯片制造商发布了xxx时钟速率规范，他们在出售芯片之前测试芯片以确保它们符合该规范，即使是在执行最复杂的指令时，其数据模式需要最长的时间才能稳定（在运行的温度和电压下测试 性能最低）。 成功测试符合一组给定标准的处理器可能被标记为更高的时钟速率，例如 3.50 GHz，而那些未通过更高时钟速率标准但通过较低时钟速率标准的处理器可能被标记为 较低的时钟频率，例如 3.3 GHz，并以较低的价格出售。

CPU 的时钟速率通常由振荡器晶体的频率决定。 通常，晶体振荡器会产生固定的正弦波——频率参考信号。 电子电路将其转换为相同频率的方波，用于数字电子应用（或者，在使用 CPU 倍频器时，晶体参考频率的某个固定倍数）。 CPU 内部的时钟分配网络将该时钟信号传送到所有需要它的部分。 A/D 转换器有一个由类似系统驱动的时钟引脚，用于设置采样率。 对于任何特定的 CPU，用另一种以一半频率振荡（降频）的晶体替换晶体通常会使 CPU 以一半的性能运行并减少 CPU 产生的废热。 相反，有些人试图通过用更高频率的晶体（超频）替换振荡器晶体来提高 CPU 的性能。 然而，超频量受到 CPU 在每个脉冲后稳定的时间以及产生的额外热量的限制。

在每个时钟脉冲之后，CPU 内部的信号线需要时间来稳定到它们的新状态。 也就是说，每条信号线都必须完成从 0 到 1 或从 1 到 0 的转换。如果下一个时钟脉冲在此之前到来，则结果将不正确。 在转换过程中，一些能量被浪费为热量（主要在驱动晶体管内部）。 当执行会导致多次转换的复杂指令时，时钟速率越高，产生的热量就越多。 晶体管可能会因过热而损坏。

时钟速率也有下限，除非使用完全静态的内核。

xxx台全机械模拟计算机 Z1 以 1 Hz（每秒周期）时钟频率运行时钟频率，xxx台机电通用计算机 Z3 以大约 5–10 Hz 的频率运行。 xxx台电子通用计算机 ENIAC 在其循环单元中使用 100 kHz 时钟。 由于每条指令需要 20 个周期，因此它的指令速率为 5 kHz。

xxx台商用 PC，Altair 8800（由 MITS 开发），使用时钟速率为 2 MHz（每秒 200 万个周期）的 Intel 8080 CPU。 最初的 IBM PC（约 1981 年）的时钟频率为 4.77 MHz（每秒 4,772,727 个周期）。1992 年，惠普和 Digital Equipment Corporation 在 PA-7100 和 AXP 中使用 RISC 技术突破了困难的 100 MHz 限制 分别为 21064 DEC Alpha。

1995 年，英特尔 P5 奔腾芯片的运行速度为 100 MHz（每秒 1 亿次循环）。 2000 年 3 月 6 日，AMD 在英特尔推出 1 GHz 系统前几天展示了通过 1 GHz 里程碑。 2002 年，英特尔奔腾 4 型号作为首款时钟频率为 3 GHz（每秒 30 亿周期，相当于每个周期约 0.33 纳秒）的 CPU 推出。 从那时起，生产处理器的时钟速率增加得更慢，性能改进来自其他设计更改。

最高 CPU 时钟频率的吉尼斯世界纪录于 2011 年创下，在 LHe/LN2 冷冻浴中使用超频的 AMD FX-8150 Bulldozer 芯片达到 8.42938 GHz，播出时频率为 5 GHz。