CPU 的外頻是什麼，所謂的倍頻是如何實現的？

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其實我是希望回答者能從一個比較通俗和打比方的立場來簡單談談什麼是外頻。書里講的都比較抽象，對於對物理知之甚少的我來說不能很好理解外頻的概念。
我所了解的是，自486以後，CPU工作頻率在不斷提高，但一些外部設備無法承受那麼高的頻率，所以採用了倍頻技術，令CPU的主頻是外頻的數倍，以令外部設備運行於外頻的頻率下，而cpu內部以主頻運作。

我想了解的是，這個倍頻技術是如何實現的，有人打過一個比方，他說實際上和AGP 2x之類的實現方式類似， AGP 2x就是通過同時利用時鐘周期的上升和下降沿令數據傳輸達到原本AGP的兩倍。——這個我還是可以理解的，那麼CPU的倍頻詳細是如何實現的呢？
另外，外頻說的應該是工作頻率吧？為什麼書上在反覆強調，外頻不可以跟前端匯流排頻率相混淆。這一點是我無論如何也不能明白的，匯流排頻率是傳輸的頻率吧，跟工作頻率有什麼關係呢？為什麼說這兩者有可能產生混淆呢？

下面以一種喜聞樂見的方式回答倍頻，外頻，分頻，鎖頻，超頻等等各種X頻，FSB,QPI,DMI,PCI-E將會友情客串：

很久以前，科學國出版業有關部門（計算機）有位領導，人稱中央處理器（出版業我說了算，非常中央，又稱CPU），牢牢佔據著有關部門的首腦位置，這個有關部門代號叫做主板，裡面分為好多科室，有大量收集歌頌科學界第一大黨等待出版用來教化愚民的文章的科室，人稱硬碟科，硬碟科通過SATA（硬碟介面）走廊來到主走廊（匯流排）上，距離領導挺遠還要過個長橋，人稱南橋，所以領導需要的時候（CPU發出載入命令）就把資料交到離領導比較近的科室，這個科人稱內存科，過了南橋經過DIMM（內存插口）走廊就到，雖然面積小存不了多少東西，但是跟領導挨得近，就隔著一個叫北橋的短橋，交流起來非常方便，（後來硬碟內存關係好了，通過DMA綠色通道，可以不通過領導指示傳遞資料），內存科過了北橋穿過FSB走廊把資料交給領導之後，領導開始以他卓越的才能開始審核，審核通過的話，再穿過FSB（前端匯流排）走廊，跨過北橋，經過PCI-E（顯卡介面）走廊，把資料交給RM日報（GPU）這個先進群眾最喜歡看的報紙排版，排版單位人稱顯卡科，排版後放到庫房（顯存）然後交到顯示器科發行，隨後群眾就能5毛一份滿懷喜悅的看報紙了，當然有些是內參，直接返回給內存科就行，如果需要，內存科還會把常用的內參放到領導桌上，這個桌子人稱片上緩存，根據距領導的距離（有的伸手就能夠到，有的還得伸腰）分為1級緩存（L1），2級緩存（L2），然後次常用的內存科也會保留一些備份，然後就不用每次跑去找硬碟科要，浪費時間，如果審核不通過呢，有時領導發現文章很離譜啊（出現異常），就會找內存科的相關人員詢問（異常處理程序），如果沒人承擔責任，領導再一看呢作者是XXX的小舅子（應用程序出錯），領導就自己把文章扔到垃圾桶里，不再追究，繼續辦事（終止程序，繼續運行），如果發現文章作者是臨時工（內核程序出錯），就大發雷霆，停止辦公（藍屏），還好最近升級了蘿蔔招聘機制（操作系統升級）小舅子越來越多，所以藍屏少了，維穩工作也起效了，這就是最初的部門原型。另外還有小道消息說外來的東西（IO輸入，鍵盤啥的）很多都會被領導截獲（中斷），並且交給有關部門（中斷表）來處理，這也保證了領導絕對權威。

剛開始呢，領導還沒學習XXX理論，因此沒有打通任督二脈，批文件的速度太慢，所以就在北橋上貼了一個全部門送文件的頻率指南，要求廣大成員深入領會，省的中間出現不同步的現象（內存--FSB--CPU,CPU--FSB--內存，分別對應讀內存，寫內存，CPU和內存為源和目的，FSB是路徑），這個頻率人稱外頻（系統基準頻率），南橋由於天高皇帝遠呢，所以沒有深入學習告示精神，聲稱我們地方人員愚鈍，達不到領導您的神功，通過分頻（降頻，分意為小於1的純分數）大法，整天喝茶看報也沒人管（例如PCI最近還是33.3Mhz），這個時候RM日報也不幹了，你讓我天天看這些東西，看得多了，會折壽啊，領導不敢怠慢，畢竟宣傳工具很重要啊，人民喉舌的說，所以訂下修正草案，規定RM日報可以不受外頻影響，獨立保持一定工作強度（鎖頻，如PCI-E介面頻率一般都會鎖到100MHz），只有全部門加班（超頻）之時方才適當增加RM日報頻率，因此首先同步的是內存頻率，FSB頻率，以及CPU頻率，用的都是外頻。

後來領導發現，這不對啊，人們一直跟我說FSB走廊特別擠（前端匯流排頻率需要高於外頻），於是召開第N屆M次全會，規定為了加強辦事效率，FSB走廊通過規則變更（運用了QDR），每次能過4個科員，也就是說等效頻率等於外頻*4，而且領導開了天眼，可以分身（引入了流水線），例如第一個領導拿到文件，第二個領導寫閱，第三個領導遞出文件，因此取文件的時間降為原來的三分之一（隨著流水線的深度增加，頻率還會進一步的提高），但是自己定的綱領（外頻）又不能推翻，生怕冒犯元老（兼容性），但是自己頻率的確高了(頻率可理解成執行時間的倒數，處理時間越短，頻率越高)，外頻這種三俗自己受不鳥啊，因此採用黑科技（使用倍頻器），將自己凌駕於外頻之上，獨立於外頻存在（以後提高頻率通過倍頻就行），別看外頻，看爺實際能力，只要FSB走廊有人送來數據，爺是來者不拒，保證超額完成任務（這裡FSB的數據量成為瓶頸，所以倍頻不能無限制的大）。內存科呢瞬間壓力山大，領導這麼牛了，我也得不停的輸送炮彈，因此內存一直都在發明新技術，每次出門多帶幾個文件，現在一個科員已經能帶8個文件（DDR3為8bit預取設計），後來內存科也覺得外頻低的略2b，滿足不了領導需要，因此同樣開始使用分頻技術（內存的實際運行頻率=內存分頻係數*266.66MHz*CPU實際外頻除以CPU默認外頻），另外PCI-E雖然頻率基本不變，但是隨著版本進化，數據傳輸率也一直水漲船高，從此外頻從標準變成了基準。

PS：主頻=外頻×倍頻，此時超頻還可通過提升任意一種實現，提升外頻可以提高整機性能，所以過去多以外頻為主，倍頻為輔。

以上寫的較亂，沒有嚴格按照技術演化順序來寫，歸根到底原因在於，親，你提到的技術略顯過時了喲！下面讓我們看現代CPU的那些事：

首先單位領導多了（多核），而且為了各個領導使用同一份的內參，在領導室外引入3級緩存（L3 Catch），後來內存科的科員來了好多美女，因此領導就讓內存科的妹子搬到自己辦公室內進行管理（內存控制器移入CPU內，同內存可低延遲的交互），並且為了一起交流（多核通信）以及方便控制言論需要（CPU和北橋快速通信）進行了擴建，引入了寬闊華麗的QPI走廊，廢除了狹窄的FSB通道，後來RM日報也來了好多美女，因此報社總部也搬入了領導辦公室內（PCI-E控制器移入CPU內），之後北橋人去樓空，退出歷史舞台，領導間的通信繼續加強（環形匯流排），另外RM日報記者作為文藝青年力壓內存科的普通青年，領導大為激賞，將RM日報的傳統工作頻率（100Mhz）定為外頻，並寫入了最高法，屌絲不可修改，但是中產階級也得留點念想不是，所以如果你能放機靈點，多孝敬點，領導可能還有潛力可挖，但是不要指望其他部門也配合你（SNB後的CPU只能超倍頻，但必須是帶K的，主板也得選擇中高端的，外頻超頻幅度不大，也就是說只對CPU有用，對於整機提升不大），大開發中，南橋的SATA，USB走廊也變寬了（SATA3.0，USB3.0），因此數據來得快了，為了滿足現代形式下的數據交互，領導也和南橋直接建立了關係（DMI2.0通道，速度2G每秒）。

最後，如你所願，這是倍頻器的介紹： http://baike.baidu.com/view/323746.htm（上傳圖片一直失敗，捶桌），簡單來講就是通過一組電路將輸出頻率放大為輸入頻率的若干倍，這也就是CPU倍頻的實現方式，CPU號稱超大規模集成電路，基礎就是門電路,所以CPU中的機制，別人問你到底怎麼實現的呢，你就回答通過電路，XD。

PS:大致原理如下，

倍頻，基頻以外的其他振動能級躍遷產生的紅外吸收頻率統稱為倍頻。如v=0至v=2的躍遷稱為第一個倍頻2n，相應地3n, 4n……等均稱為倍頻。令獲得頻率為原頻率整數倍的方法便是利用非線性器件從原頻率產生多次諧波，通過帶通濾波器選出所需倍數的那次諧波。

CPU內部時鐘是由鎖相環提供；鎖相環的輸出是一個振蕩器，它的頻率由外部控制信號決定；外部控制邏輯首先將鎖相環輸出分頻（除以「倍頻」倍），此後與參考頻率（外頻）比較，如果振蕩頻率過高則降低輸出頻率，反之提高輸出頻率，直到鎖相環的輸出頻率等於倍頻*外頻為止

另外振蕩器通常不用非線性元件產生諧波再濾掉實現，因為這樣做產生的高次諧波幅度太小，基本沒法用。用最基本的鎖相環就行了。

具體需要閱讀相關cpu的datasheet。

實際上。cpu通過外部振蕩器（或內部RC振蕩器）經過PLL（或DDL）鎖定到一個非常高的頻率，這個頻率分頻後供cup內核使用，同時繼續分頻器獲得較低的頻率供其他低速匯流排使用。

怎麼我們做server的就從來不說外頻呢？現在的IA platform上主要就這些頻率：

100MHz: for SATA, PCIe, DDR.

48MHz: for USB.

33MHz, 96MHz: for PCH.

QPI, DDR3/4的頻率都是從100MHz倍頻得來。