cpu 主频处理数据问题
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发布时间：2022-04-23 22:19
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时间：2023-04-30 16:31
电脑是数字时代的产物，而电脑的工作与频率信号密不可分。说到频率，大家都知道是在一秒中物体振动或信号重复的次数，在数字电路中频率就犹如一把尺子，它可以衡量数字信号在单位时间内传递次数的多少，从而了解电路工作的速度。
来看看电脑中的核心——CPU与频率的关系：CPU主频＝外频X倍频，其中主频是CPU内核工作的频率，它由倍频和外频共同决定，倍频是CPU生产厂家在制造CPU时就在内部确定下来的，而外频指的是CPU外部接口的时钟频率，这个非常关键的参数并不是由CPU自己产生的，而是由主板上专门的电路发出来的，这个电路就是我们前面提到的PLL电路，通俗地说，PLL电路也就是我们以往一直认为的频率发生器。
知道了PLL电路对CPU和主板的作用不难想像我们只要设计出输出频率可变的PLL电路就能通过改变外频而实现CPU的超频，其实CPU超频的原理就是这么简单。随着CPU技术的发展，外频也在不断提高，比如Pentium的外频有25、30和33MHz等多个频率，到了Pentium III时代外频已经提高到100和133MHz了，而Pentium4外频虽然采用了100和133MHz两种，但通过QDR技术实现了400和533MHz的前端总线频率，第三季度Intel将再次将外频提高到200MHz的水平，而要实现这些功能都离不开主板的PLL电路。
除了CPU外频是由主板PLL电路产生之外，其他如AGP总线、PCI总线、早期主板的内存传输总线、南北桥之间的连接总线、USB传输等电路都需要PLL分别提供不同的时钟频率，如果说CPU是计算机中的大脑，那么主板上的PLL电路就相当于神经中枢了。
二、读解PLL电路的工作原理
PLL是英文Phase Lock Loop的缩写，中文名称为“锁相环”。
说到频率信号的产生我们知道有很多种方法，其中在固定形状和大小的石英晶体上加电压就可以产生一个非常稳定的频率信号，因此常常用于高精度仪器上作为基准频率使用，早期电脑主板上的外频通常是由石英晶体直接产生的，通过倍频或分频电路来获得不同频率的信号让主板各个电路协调工作，因此在Pentium时代之前的前辈们在给CPU超频时往往需要采用更换晶体的方式，费力而麻烦。
为了能够在很宽的范围内随意产生任何高精度的频率信号，PLL电路诞生了。PLL电路的工作原理比较简单，它由鉴相器、充电泵、环路滤波器和一个振荡器（VCO）构成。PLL电路刚接通电源时，VCO内部由变容二极管组成的RCL电路开始振荡而产生一个并不规范的频率，该频率经过分频电路降频后被送到鉴相器与石英晶体产生的基准频率进行相位的对比，发现VCO产生的频率偏离电路设定时就根据偏差的方向由充电泵产生一个矫正电压，该电压经过环路滤波器后送入VCO内的可变二极管上，随着可变二极管上工作电压的变化，其内部电容容量也会发生变化，VCO的振荡频率开始改变并趋近电路设定的频率，一旦两者频率信号的相位同步，鉴相器检测出来的相位误差就接近0，VCO内变容二极管两端的电压就固定不变，PLL电路就开始输出设定的频率信号并开始正常工作了。
由于PLL电路输出的时钟信号的频率可以在很大范围内变化，而且调整速度快，信号稳定，我们只要改变基准频率的大小或加入不同的修正电压就能随意的改变VCO输出的频率大小，也正是因为PLL电路灵活方便的特性，现在很多需要产生高质量频率信号的电路中都能见到PLL的身影。
三、CPU对主板PLL电路的控制
与前面所说的PLL工作原理相比，主板PLL电路要复杂的多，这主要是因为该电路要产生多组功能不同的时钟信号，而且还要实现与CPU、北桥芯片和BIOS之间相互控制的功能。
再回到本文开头关于CPU的叙述，由于不同型号的CPU有着不同的外频，因此主板在启动时首先就需要CPU告诉PLL电路按照多少的外频启动，这个功能由CPU的外频设定引脚BSEL（FSB_Sense）来实现，BSEL包括两组信号，通过二进制方式将外频设定信号传递给PLL电路，PLL电路根据事先做好的规定输出对应的外频，这样就实现了CPU对PLL电路的控制。
上表列举出Pentiun III、Celeron外频设定引脚不同定义下所对应的外频，早期用户为了将赛扬的外频从66MHz提升到100MHz（当时主板没有用户设定外频的功能）就采用过调整BSEL电位的方法，将CPU的BSEL0对应的B21脚用贴纸粘住而导致主板以为CPU送来的BSEL0信号是1而不是0，这样就送出100MHz的外频，超频得以实现。
为了进一步对外频进行控制，后来的主板在CPU外频设定引脚和PLL电路之间建立了一个转换电路，通过跳线设定的方式让PLL电路产生不同的外频，这种主板在使用时用户只要将跳线插上或取下就能将外频在66、100或133MHz之间切换。后来随着主板厂家对PLL电路的改造，新的PLL集成电路能够提供更多组的外频，用户简单到只要通过主板BIOS就能设定各种外频，但这种做法仍然无法满足DIY对高外频的渴求，因此就有玩家开发出外置的PLL电路模块并对主板进行改造以实现更高幅度的超频，而最近主板厂家已经完全默许了这种做法并主动提高了BIOS中外频设定的极限，采用新研发出来的PLL集成电路能在相当宽的范围内按逐兆增加的方式产生外频，主板关于频率设定方面的功能已经完全DIY化了。
四、主板PLL电路的其他功能
除了CPU外频，AGP和PCI总线的时钟信号也由PLL电路提供，不过此时只要简单的将外频进行不同倍数的分频就能获得。
为了达到这个目的还需要主板芯片组与BIOS进行配合，根据CPU外频分别送出包含了外频大小、AGP和PCI总线分频倍数等参数的识别码，由4位二进制的编码组成，当PLL电路收到这组识别码后根据内部的对应关系就能控制内部电路产生对应的外频，然后将外频送入两个分频器进行不同倍数的分频而获得AGP和PCI总线的时钟信号。以Pentium4为例，CPU送出了133MHz的外频识别码后，BIOS和主板芯片组向PLL电路输出识别码，PLL电路在产生133MHz外频的同时将该时钟信号送入4分频电路得到33MHz的PCI总线时钟信号，送入2分频电路而得到66MHz的AGP总线时钟信号。
早期主板上内存总线时钟信号也是由PLL电路通过转换而得到的，较新的主板中加入了内存异步功能则可以按照比例提高内存总线时钟频率的大小，但不再需要PLL电路帮忙。
前面已经谈到，较新的主板上已经实现了逐兆超频的功能，也就是PLL电路可以直接产生逐兆增加的外频，此时就需要在原来4位识别码的基础上再加入另外两位SSB信号并通过I2C总线与BIOS直接连接以便产生更宽的频率范围和更细的频率间隔。
从上面的介绍还能看出，一旦用户在BIOS中设定了非标准的外频，而AGP和PCI的分频数却不能随意改变，这样便导致各个总线时钟信号也同时偏离了标准值，以上面的例子来说，当用户设定外频为160MHz时，AGP总线频率竟然高达80MHz（2分频）而PCI也达到了40MHz（4分频），都明显超过了66和33MHz的标准频率，由于PCI上通常挂接了多种设备，有些硬件的接口电路不允许频率有太大的偏差，此时就会出现工作不正常的情况，超频中最容易碰到的诸如提高外频后板载软声卡不能工作、硬盘数据丢失或损坏、AGP显卡花屏等现象就是由于外频太高所致。
为了避免超频时出现上述问题，一些主板厂家选用了功能较强的PLL电路，并将AGP和PCI总线频率的产生方法完全转移到BIOS的控制下，此时即使外频不断改变也能让PLL集成电路输出固定频率的AGP和PCI总线信号，从而实现了AGP和PCI时钟频率的锁定功能，Realtek的RTM660-109R就是带有这种功能的PLL集成电路，该芯片还能实现Watch Dog功能，在CPU超频失败而导致死机时能够自动发出清零信号，重新按照CPU初始设定的外频启动，大大方便了用户的超频，因此在面向DIY的主板上应用十分广泛。
目前生产PLL芯片的有Integrated Circuit Systems（ICS）、PhaseLink（PLL）、Cypress和Realtek等厂家，根据主板类型和功能形成了系列化的一套集成电路，我们拿起主板时可以在AGP插槽附近找到它们的身影，其身边还有一颗晶体振荡器
由此可见，控制主板的AGP和PCI总线频率并不十分困难，AGP和PCI的分频数也早就不再是不可改变的参数，只要主板厂家设计精巧，就能为用户提供多种多样、灵活方便的各种总线频率。
补：在最新的nForce2主板中，大家如果注意的话，在主板上似乎已经找不到PLL的身影了，相关资料显示它已经整合到了IGP/SPP当中，但并不是所有的nForce2主板都采用这种内置的PLL芯片，也有采用外置的PLL芯片的，想来外置的具有更灵活的操控性吧。
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时间：2023-04-30 16:31
参考 http://ke.baidu.com/view/2089.htm
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时间：2023-04-30 16:32
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时间：2023-04-30 16:32
