頻率
頻率是單位時間內完成周期性變化的次數,是描述周期運動頻繁程度的量,常用符號f或ν表示,單位為秒分之一,符號為s-1。為了紀念德國物理學家赫茲的貢獻,人們把頻率的單位命名為赫茲,簡稱“赫”,符號為Hz。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率,叫做固有頻率。
周期和頻率的關系
二者的關系:f=1/T,二者成反比(其中f為頻率,T為周期)。頻率是單位時間內完成周期性變化的次數,是描述周期運動頻繁程度的量。周期,物體作往復運動或物理量作周而復始的變化時,重復一次所經歷的時間。
交流電的頻率是指它單位時間內周期性變化的次數,單位是赫茲(Hz),與周期成倒數關系。日常生活中的交流電的頻率一般為50Hz或60Hz,而無線電技術中涉及的交流電頻率一般較大,達到千赫茲(KHz)甚至兆赫茲(MHz)的度量。
脈沖信號
手電燈一直亮,這是直流。不停的按開關導致燈亮、熄變化,就形成了脈沖。按開關速度的快慢就是脈沖頻率的高低。
時鍾頻率
在電子技術中,脈沖信號是一個按一定電壓幅度,一定時間間隔連續發出的脈沖信號。脈沖信號之間的時間間隔稱為周期;而將在單位時間(如1秒)內所產生的脈沖個數稱為頻率。頻率是描述周期性循環信號(包括脈沖信號)在單位時間內所出現的脈沖數量多少的計量名稱;頻率的標准計量單位是Hz(赫茲)。電腦中的系統時鍾就是一個典型的頻率相當精確和穩定的脈沖信號發生器。頻率在數學表達式中用“ f ”表示,其相應的單位有:Hz(赫茲)、kHz(千赫茲)、MHz(兆赫茲)、GHz(吉赫茲)。
其中1GHz=1000MHz,1MHz=1000kHz,1kHz=1000Hz。計算脈沖信號周期的時間單位及相應的換算關系是:s(秒)、ms(毫秒)、μs(微秒)、ns(納秒),其中:1s=1000ms,1 ms=1000μs,1μs=1000ns。
CPU的主頻,即CPU內核工作的時鍾頻率(CPU Clock Speed)。通常所說的某某CPU是多少GHz的,而這個多少GHz就是“CPU的主頻”。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內數字脈沖信號震盪的速度,與CPU實際的運算能力並沒有直接關系。主頻和實際的運算速度存在一定的關系,但至今還沒有一個確定的公式能夠定量兩者的數值關系,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(緩存、指令集、CPU的位數等等)。由於主頻並不直接代表運算速度,所以在一定情況下,很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象。
時鍾周期
時鍾周期也稱為振盪周期,定義為時鍾頻率的倒數。時鍾周期是計算機中最基本的、最小的時間單位。在一個時鍾周期內,CPU僅完成一個最基本的動作。時鍾周期是一個時間的量。時鍾周期表示了SDRAM所能運行的最高頻率。更小的時鍾周期就意味着更高的工作頻率。
時鍾周期是同步電路中時鍾頻率的倒數。它以時間動作重復的最小周期來度量,度量單位采用時間單位。在單個時鍾周期內(現代非嵌入式微處理器的這個時間一般都短於1納秒),邏輯零狀態與邏輯一狀態來回切換(也可以說是一個脈沖)。由於發熱和電氣規格的限制,周期里邏輯零狀態的持續時間歷來要長於邏輯一狀態。
時鍾周期=振盪周期,名稱不同而已,都是等於單片機晶振頻率的倒數,如常見的外接12M晶振,那它的時鍾周期=1/12M。
時鍾周期表示了SDRAM所能運行的最高頻率。更小的時鍾周期就意味着更高的工作頻率。對於PC100規格的內存來說,它的運行時鍾周期應該不高於10納秒。納秒與工作頻率之間的轉換關系為:1 / 時鍾周期 =工作頻率。例如,標稱10納秒的PC100內存芯片,其工作頻率的表達式就應該是1/ 10 = 100MHZ,這說明此內存芯片的額定工作頻率為100MHZ。市場上一些質量優秀的內存通常可以工作在比額定頻率高的頻率下,這為一些喜歡超頻的朋友帶來了極大的方便。
機器周期
機器周期也稱為CPU周期。在計算機中,為了便於管理,常把一條指令的執行過程划分為若干個階段(如取指、譯碼、執行等),每一階段完成一個基本操作。完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。一般情況下,一個機器周期由若干個時鍾周期組成。
指令周期
CPU每取出一條指令並執行這條指令,都要完成一系列的操作,這一系列操作所需要的時間通常叫做一個指令周期。換言之指令周期是取出一條指令並執行這條指令的時間。由於各條指令的操作功能不同,因此各種指令的指令周期是不盡相同的。例如一條加法指令的指令周期同一條乘法指令的指令周期是不相同的。
指令周期常常用若干個CPU周期數來表示,CPU周期也稱為機器周期。而一個CPU周期時間又包含有若干個時鍾周期(通常稱為節拍脈沖或T周期,它是處理操作的最基本單位)。
小結
- 時鍾頻率就是單位時間內脈沖個數即每秒邏輯零狀態與邏輯一狀態來回切換次數(周期性變化)。
- 時鍾周期就是一個脈沖即邏輯零狀態與邏輯一狀態來回切換一次用的時間(基本都是納秒級)。
- cpu周期(機器周期)就是完成一條指令的一個階段需要n個脈沖,n個脈沖用掉的時間就是cpu周期。
- 指令周期就是完成一條指令需要n個cpu周期,n個cpu周期又需要m個脈沖,n*m個脈沖用掉的時間就是指令周期。