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什么是 CPU 的效率？CPU 的效率與哪些因素有關？
回答這個問題之前，先看下面的例子：
一個古老而經典的游戲——掃雷，在兩臺電腦上進行 PK：配置分別為 i7 的筆記本和凌動的上網本，現(xiàn)在要做一件事，一天到晚都是在玩“掃雷”， 結果會如何呢？前者的效率不到 0.0001%，后者的效率則可能達到 50%以上。
為什么會有這么大的差距呢？
他們的“芯”不同：CPU 的主頻不同，核心數(shù)量不同。
理論上講，同等技術條件下，核心數(shù)越多，主頻越高，工作效率就越強！因為 CPU 是用來做運算的。
那么，CPU 的運算速度與哪些因素有關呢？
1、主頻
對于 CPU 來說，最主要的就是主頻，主頻意味著，CPU 可以在每秒內進行多少個周期運算，主頻越高就說明 CPU 在每秒內的周期運算就越多，自然就越強。
但是由于各種 CPU 內部結構的差異（如緩存、指令集），并不是時鐘頻率相同速度就相同，比如 PIII 和賽揚，雷鳥和 DURON，賽揚和 DURON，PIII 與雷鳥，在相同主頻下性能都不同程度的存在著差異。
2、核心
越多的核心同時運算自然比單核心的運算成倍數(shù)成長，核心越多，能力也就越強。
3、緩存
緩存是用來數(shù)據交換的暫時儲存地，其中最主要的 1 級緩存，他是于 CPU 核心直接交換數(shù)據的地方，所以 1 級緩存越大，CPU 能力越強，其次是 2 級緩存于 3 級緩存。
4、內存控制器
例如：AMD 的是 HT 總線， Intel 早期是 FSB，現(xiàn)在是 QPI，這個部件現(xiàn)在已近整合到 CPU 內部了，之前是在主板的北橋上，這個部件決定著 CPU 與內存之間的數(shù)據通道的大小，越大越好。
5、CPU 其他技術
比如 Intel 的超線程技術，可以使得一個核心變成兩個邏輯核心，從而達到單核心的高利用率。
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1.CPU 工作效率的進化
關于 CPU 效率進化的詳細內容，推薦看一篇文章——《CPU 效率進化史》。在這里，只進行簡單的概述。
第 1 階段：單任務執(zhí)行（Single Threaded）。
代表性的系統(tǒng)為 DOS，這個階段最大特征是：在處理一個程序時，一段時間內系統(tǒng)僅僅只能處理程序中的一個任務，此時這個任務完全占用 CPU，因此在單任務執(zhí)行時代，主要是由于 DOS 系統(tǒng)不具備多任務處理能力，導致 CPU 的運行效率緩慢。
第 2 階段：多任務處理的過渡。
代表性的系統(tǒng)為 WINDOWS3.X。
Intel 在 1985 年推出的 386 處理器，是第一個具有“多任務處理”功能的 CPU，這對微軟的操作系統(tǒng)發(fā)展有著重要的影響，所謂“多任務”，就是 CPU 可以在同一時間內處理多個任務。即：CPU 在處理一個任務的同時，可以在中間暫時停止去作業(yè)另一個任務。
不過這也并不是真正的多任務處理，它只是在處理過程中不斷暫停及切換工作方式罷了，因為 CPU 暫停下來去執(zhí)行下一個任務，則需要停止上一個任務的進度。
第 3 階段：多處理器并行方式。
這個時期的工作站服務器都給主板安裝兩個或多個 CPU 以滿足需求。當執(zhí)行多個任務時，系統(tǒng)可在多個 CPU 之間相互交換處理數(shù)據，同時也可讓多個 CPU 同時執(zhí)行一個任務。
不僅如此，如果程序被優(yōu)化為多 CPU 處理，程序會把工作分給系統(tǒng)內不同的 CPU 同時處理，大大減少了運算時間。顯然，這與只依靠 Windows 系統(tǒng)的自身處理方式（利用等待 CPU 閑置時間）效率有明顯提升。
第 4 階段：超線程處理時代
典型的系統(tǒng)為 WindowsXP/2003，超線程（Hyper Threading）技術是把一個處理器模擬成兩個處理器使用，這樣能有效地利用和分配資源，減少系統(tǒng)資源的浪費，從而增加處理器的工作效率，達到提高整體性能的目的。
效果如下表所示：
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超線程技術 |
執(zhí)行過程 |
結果 |
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無 |
程序不能同時執(zhí)行，需要等待運算中出現(xiàn)閑置，才能切換到另外一個程序。 |
同一時間內，工作中的 C P U 資源是不能分享給其他程序的。 |
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有 |
程序能同時被執(zhí)行： 利用特殊的硬件指令，把處理器內部的兩個邏輯內核模擬成兩個物理芯片，讓處理器能夠在多任務、多線程處理上達到更高的性能，同時還能自動分配工作量，減少 CPU 的閑置時間 |
CPU 資源能夠被同時分享，從而提高了工作效率。 |
具有超線程技術的 CPU 讓游戲性能提升非常之大，給游戲用戶帶來了更快的游戲體驗。
第 5 階段：多核心處理時代
多核時代的來臨，解決了由于超線程技術的缺陷，因為超線程技術只有在多核心處理器中才能完全發(fā)揮。
多核心處理器通過全新的封裝技術，整合成為一顆處理器，真正地實現(xiàn)多處理器協(xié)同工作。多核心處理器核心的資源都是獨立的，而且也可以交換使用資源，核心與核心之間溝通的延遲比多個單核心處理器同時運行更小。
同樣是 WindowsXP，具有多核 CPU 的系統(tǒng)，無論是在速度還是性能方面均超越了此前的時代。
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2. 與 CPU 頻率有關的技術
圍繞著 CPU 頻率的話題，總是離不開這幾個參數(shù)：主頻、外頻、倍頻。在這些參數(shù)中，哪個參數(shù)可以體現(xiàn) CPU 的性能，他們之間的關系又是如何呢？
三者之間的關系是：外頻 X 倍頻=主頻。
換個角度表達一下：外頻好比馬路的寬度，倍頻好比在這條馬路上單位時間允許通過的車輛數(shù)。
那么主頻代表什么？
單位時間內車輛的通行能力——馬路越寬，單位時間內允許通過的車輛數(shù)越多，則這條道路上通行的車輛越多。
如果每輛車的貨物為一條運算指令，那么這個主頻，又意味著什么呢？
暫時讓這個問題“飛一會兒”，現(xiàn)在來看一下這幾個術語的含義，以及它們對 CPU 的工作效率的影響。
(1)主頻
CPU 的主頻，即 CPU 內核工作的時鐘頻率（CPU Clock Speed）。
從理論上講 CPU 的主頻越高，它的速度也就越快，因為頻率越高，單位時鐘周期內完成的指令就越多，從而速度也就越快了。
但是事實并非如此，由于各種 CPU 內部結構的差異，如：緩存、指令集等，并不是時鐘頻率相同速度就相同，比如：PIII 和賽揚，雷鳥和 DURON，賽揚和 DURON，PIII 與雷鳥，在相同主頻下性能都不同程度的存在著差異。
10 年前主頻的單位是 MHz，現(xiàn)在主頻的單位已經升級為 GHz。
很多人認為 CPU 的主頻就是其運行速度，其實不然。CPU 的主頻表示在 CPU 內數(shù)字脈沖信號震蕩的速度，與 CPU 實際的運算能力并沒有直接關系，但是存在一定的聯(lián)系，不過目前還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數(shù)值關系，因為 CPU 的運算速度還要看 CPU 的流水線的各方面的性能指標，如：緩存、指令集，CPU 的位數(shù)等等。
由于主頻并不直接代表運算速度，所以在一定情況下，很可能會出現(xiàn)主頻較高的 CPU 實際運算速度較低的現(xiàn)象。比如 AMD 公司的 AthlonXP 系列 CPU 大多都能以較低的主頻，達到英特爾公司的 Pentium 4 系列 CPU 較高主頻的 CPU 性能，所以 AthlonXP 系列 CPU 才以 PR 值的方式來命名。因此主頻僅是 CPU 性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表 CPU 的整體性能。
CPU 的主頻不代表 CPU 的速度，但提高主頻對于提高 CPU 運算速度卻是至關重要的。下面舉例說明一下：
為了計算方便，假設某個 CPU 在一個時鐘周期內執(zhí)行一條運算指令，那么當 CPU 運行在 100MHz 主頻時，將比它運行在 50MHz 主頻時速度快一倍。
?因為 100MHz 的時鐘周期比 50MHz 的時鐘周期占用時間減少了一半，也就是工作在 100MHz 主頻的 CPU 執(zhí)行一條運算指令所需時間僅為 10ns 比工作在 50MHz 主頻時的 20ns 縮短了一半，自然運算速度也就快了一倍。
只不過電腦的整體運行速度不僅取決于 CPU 運算速度，還與其它各分系統(tǒng)的運行情況有關，只有在提高主頻的同時，各分系統(tǒng)運行速度和各分系統(tǒng)之間的數(shù)據傳輸速度都能得到提高后，電腦整體的運行速度才能真正得到提高。
既然運算速度與主頻的關系這樣簡單，那么是否可以任意提高主頻呢？
答案是：No，提高 CPU 工作主頻主要受到生產工藝的限制。
由于 CPU 是在半導體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導線進行聯(lián)接，由于在高頻狀態(tài)下要求導線越細越短越好，這樣才能減小導線分布電容等雜散干擾以保證 CPU 運算正確。因此制造工藝的限制，是 CPU 主頻發(fā)展的最大障礙之一。
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(2)外頻
外頻是 CPU 乃至整個計算機系統(tǒng)的基準頻率，單位是 MHz。
在早期的電腦中，內存與主板之間的同步運行的速度等于外頻，在這種方式下，可以理解為 CPU 外頻直接與內存相連通，實現(xiàn)兩者間的同步運行狀態(tài)。對于目前的計算機系統(tǒng)來說，兩者完全可以不相同，但是外頻的意義仍然存在，計算機系統(tǒng)中大多數(shù)的頻率都是在外頻的基礎上，乘以一定的倍數(shù)來實現(xiàn)，這個倍數(shù)可以是大于 1 的，也可以是小于 1 的。
在 486 之前，CPU 的主頻還處于一個較低的階段，CPU 的主頻一般都等于外頻。而在 486 出現(xiàn)以后，由于 CPU 工作頻率不斷提高，而 PC 機的一些其他設備（如插卡、硬盤等）卻受到工藝的限制，不能承受更高的頻率，因此限制了 CPU 頻率的進一步提高。因此出現(xiàn)了倍頻技術，該技術能夠使 CPU 內部工作頻率變?yōu)橥獠款l率的倍數(shù)，從而通過提升倍頻而達到提升主頻的目的。倍頻技術就是使外部設備可以工作在一個較低外頻上，而 CPU 主頻是外頻的倍數(shù)。
在 Pentium 時代，CPU 的外頻一般是 60/66MHz，從 Pentium Ⅱ 350 開始，CPU 外頻提高到 100MHz，目前 CPU 外頻已經達到了 200MHz。由于正常情況下外頻和內存總線頻率相同，所以當 CPU 外頻提高后，與內存之間的交換速度也相應得到了提高，對提高電腦整體運行速度影響較大。
外頻與前端總線（FSB）頻率很容易被混為一談。
前端總線的速度指的是 CPU 和北橋芯片間總線的速度，更實質性的表示了 CPU 和外界數(shù)據傳輸?shù)乃俣?。而外頻的概念是建立在數(shù)字脈沖信號震蕩速度基礎之上的，也就是說，100MHz 外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一萬萬次，它更多的影響了 PCI 及其他總線的頻率。
之所以前端總線與外頻這兩個概念容易混淆，主要的原因是在以前的很長一段時間里（主要是在 Pentium 4 出現(xiàn)之前和剛出現(xiàn) Pentium 4 時），前端總線頻率與外頻是相同的，因此往往直接稱前端總線為外頻，最終造成這樣的誤會。隨著計算機技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)前端總線頻率需要高于外頻，因此采用了 QDR（QuadDate Rate）技術，或者其他類似的技術實現(xiàn)這個目的。這些技術的原理類似于 AGP 的 2X 或者 4X，它們使得前端總線的頻率成為外頻的 2 倍、4 倍甚至更高，從此之后前端總線和外頻的區(qū)別才開始被人們重視起來。
一個 CPU 默認的外頻只有一個，主板必須能支持這個外頻。因此在選購主板和 CPU 時必須注意這點，如果兩者不匹配，系統(tǒng)就無法工作。此外，現(xiàn)在 CPU 的倍頻很多已經被鎖定，所以超頻時經常需要超外頻。外頻改變后系統(tǒng)很多其他頻率也會改變，除了 CPU 主頻外，前端總線頻率、PCI 等各種接口頻率，包括硬盤接口的頻率都會改變，都可能造成系統(tǒng)無法正常運行。當然有些主板可以提供鎖定各種接口頻率的功能，對成功超頻有很大幫助。超頻有風險，甚至會損壞計算機硬件。
那么外頻的參數(shù)可以在哪里查詢呢？請看下面的圖片：
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(3)倍頻
CPU 的倍頻，全稱是倍頻系數(shù)。
CPU 的核心工作頻率與外頻之間，存在著一個比值關系，這個比值就是倍頻系數(shù)，簡稱倍頻。理論上，倍頻是從 1.5 一直到無限的。但需要注意的是，倍頻是以 0.5 為一個間隔單位。
原先并沒有倍頻概念，CPU 的主頻和系統(tǒng)總線的速度是一樣的。但隨著 CPU 的速度越來越快，倍頻技術也就應運而生。它可使系統(tǒng)總線工作在相對較低的頻率上，而 CPU 速度可以通過倍頻來無限提升。
主頻的定義中可知：當外頻不變時，提高倍頻，CPU 主頻也就越高。
(4)分頻和超頻
由于外頻不斷提高，漸漸地提高到其他設備無法承受了，因此出現(xiàn)了分頻技術（其實這是主板北橋芯片的功能）。分頻技術就是通過主板的北橋芯片將 CPU 外頻降低，然后再提供給各插卡、硬盤等設備。
早期的 66MHz 外頻時代是 PCI 設備 2 分頻，AGP 設備不分頻；后來的 100MHz 外頻時代則是 PCI 設備 3 分頻，AGP 設 備 2/3 分頻（有些 100MHz 的北橋芯片也支持 PCI 設備 4 分頻）；
目前的北橋芯片一般都支持 133MHz 外頻，即 PCI 設備 4 分頻、AGP 設備 2 分頻?？傊?，在標準外頻（66MHz、100MHz、133MHz）下北橋芯片必須使 PCI 設備工作在 33MHz，AGP 設備工作在 66MHz，才能說該芯片能正式支持該種外頻。
接下來談談 CPU 的超頻。
CPU 超頻其實就是通過提高外頻或者倍頻的手段來提高 CPU 主頻從而提升整個系統(tǒng)的性能。超頻的歷史可以追溯到賽揚系列時代，從賽揚系列的出產而開始的，其中賽揚 300A 超 450、366 超 550 直到今天還為人們所津津樂道。而它們就是通過將賽揚 CPU 的 66MHz 外頻提升到 100MHz 從而提升了 CPU 的主頻。而早期的 DURON 超頻則與賽揚不同，它是通過破解倍頻鎖然后提升倍頻的方式來提高頻率。
總的看來，超倍頻比超外頻更穩(wěn)定，因為超倍頻沒有改變外頻，也就不會影響到其他設備的正常運作；但是如果超外頻，就可能遇到非標準外頻如 75MHz、83MHz、112MHz 等，這些情況下由于分頻技術的限制，致使其他設備都不能工作在正常的頻率下，從而可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)硬盤數(shù)據丟失、嚴重的可能損壞。
因此，借用業(yè)內人士的友情提示：超頻雖有好處，但是也十分危險，所以請慎重超頻！
與非網原創(chuàng)內容，謝絕轉載！
系列匯總：
之二：處理器的春秋戰(zhàn)國時代：8 位處理器的恩怨與紛爭（上）
之三：處理器的春秋戰(zhàn)國時代：8 位處理器的恩怨與紛爭（下）
之五：處理器的三國時代：DR 公司盛氣凌人，IBM 轉身成就微軟
之六：32 位處理器的攻“芯”計：英特爾如何稱霸 PC 江湖？
之七：AMD 稱霸 PC 處理器市場的“曇花一現(xiàn)”
之十：SuperH 系列處理器：昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”
之十八：當 Power 架構的發(fā)展之路遭遇“滑鐵盧”
之十九：開啟多核時代的 Yonah：它是英特爾酷睿 core 的開發(fā)代號
