cpu频率范文

导语：如何才能写好一篇cpu频率，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

它是整台手机的控制中枢系统，也是逻辑部分的控制中心。微处理器通过运行存储器内的软件及调用存储器内的数据库，达到控制目的。

例如：

1、德州仪器：

优点：低频高能且耗电量较少，高端智能机必备cpu。

缺点：价格不菲，对应的手机价格也很高，OMAP3系列GPU性能不高，但OMAP4系列有了明显改善，数据处理能力较弱。

2、INTEL：

优点：CPU主频高，速度快。

缺点：耗电、每频率性能较低。

3、高通：

优点：主频高，数据处理性能表现出色，拥有最广泛的产品路线图，支持包括智能手机、平板电脑、智能电视等各类终端，可以支持所有主流移动操作系统，支持3G、4G网络制式。

篇2

美国国家半导体接口产品部技术营销经理Dave Lewis表示：“下一代无线通信需要提供客户需要的随处可见的宽带服务，任何时间、任何地点都可以得到内容丰富的多媒体业务，如语音、文本短信、电子邮件、移动电视、游戏以及定位服务等等。移动运营商出于增加收入的目的，也非常乐于扩大新的基于数据业务的服务。但目前的2．5G和3G网络存在的问题是只有有限的带宽来支持这些以数据为中心的用户。在有限的带宽下，运营商需要更加有效地利用现有的频谱带宽，以较低的成本去支持更多用户。”

无论是现有网络还是大家寄希望很高的下一代网络基础设施，频谱带宽并不是可以任意扩大，相反由于用户数量增多，频谱效率问题将越来越突出。基站设备供应商及运营商必须充分利用现有的频谱，提高宽带网络的容量，以及进一步扩大其覆盖范围，才可在符合成本效益的基础上，确保能够传送大量数据及移动通信设备的宽带视频信号。由于目前的调制及编码技术无论在频率还是速度方面，已接近理论上传输极限，因此供应商及运营商都纷纷将技术改革的重点放在打破地域的限制上，例如采用分散式基站结构以及更多的天线，以便为广大的移动电话用户提供媲美DSL线路的卓越传送效果。

美国国家半导体的SCAN25100CPRI串行／解串器除了适用于新一代的G SM、CDMA、W―CDMA、CDMA2000、WiMAX、TD-SCDMA及其他基站结构之外，也适用于雷达系统、卫星通信设备、测试仪器、医疗成像设备、高能粒子加速设备及其他高性能的数据传输系统。分散式基站结构将射频电路从基站，移到了各个天线端口，让射频系统不必集中在一个地方。这些远程射频单元(RRH)会产生互连延迟及同步问题，对中央基站造成干扰，因此技术上仍有许多问题尚待解决。美国国家半导体的SCAN25100 CPRI串行／解串器不但采用正申请专利的高精度延迟校准测量(DCM)电路，而且其中的发送及接收系统锁相环路都各自独立，因此系统无需另外添加任何元件，无需进行复杂的干预，可准确测量延迟时间，以及确保远程射频单元与中央基站保持同步。

篇3

CPU主频缘何不升反降

酷睿i5/i7支持睿频2.0加速技术，按理说在玩游戏或一些高负载应用中会自动超频以提升性能，但为什么在需要加速的时候却自动降频了呢？笔者认为，搭载酷睿i5/i7处理器的笔记本往往也会与更高端的独立显卡（GPU）组合，以取得更好的游戏和娱乐体验。而Intel平台支持一项名为“BD PROCHOT”的技术，它会在CPU和GPU的温度、功耗明显升高时优先降低CPU的频率，以达到控制整机温度及功率保护的目的（见图1）。应该说，这个设计的初衷是好的，可以有效防止笔记本过热和超出额定功率带来的损害，但一旦因功耗或温度引起CPU自动降频时必然会造成游戏的卡顿。至于进行游戏时CPU降频的根本原因，目前来看主要有以下几种：

1功率的限制：

一些笔记本厂商为新品配备的还是老产品的电源适配器，无法满足新版CPU和GPU满负载应用时的需求，此时，BD PROCHOT功能开启，优先保证GPU的功率，而强行降低CPU的功率导致CPU降频。

2温度的限制：

在CPU和GPU的温度同时升高到笔记本设定的阈值时，BD PROCHOT功能开启，强制降低CPU的频率，减少发热以保护整机。

3并非单一因素限制：

即可能由温度和功率共同作用，但是我们可以看出，无论是哪种限制，都是GPU的工作优先级更高，因此CPU的频率总是会被优先降低。对此，笔者通过一系列测试，找到了防止CPU降频的解决方案。

方案一

系统设置防降频

调节“电源选项高级设置”里的最大处理器状态（见图2），强制降低CPU主频，以达到减少CPU功耗和发热，防止降频的目的。首先先来看一个电源管理中处理器状态与处理器的频率的对应表（以酷睿i5-2410M为例）。通过电源管理，我们可以手动控制CPU的频率，降低CPU的功耗和发热后就能最大限度避免CPU自动降频。在进行游戏时，笔者建议将处理器的最大最小状态都调节为99%，关闭睿频，减少功率和发热，如果仍然存在降频卡顿现象，可以进一步调节为78%-98%。

最大处理器状态 CPU最大频率

100% 2.3GHz（开启睿频，最高可达2.9GHz）

99% 2.3GHz（关闭睿频）

78%-98% 1.8GHz

69%-77% 1.6GHz

60%-68% 1.4GHz

52%-59% 1.2GHz

43%-51% 1.0GHz

0%-42% 0.8GHz

方案二

关闭BD PROCHOT功能

对于酷睿i5和i7来说，睿频加速技术是其最大卖点，关闭此功能不就和低端的酷睿i3没有区别了吗？如果你想在玩游戏时让CPU一直保持在全速工作状态，则可以利用第三方软件“ThrottleStop”（下载地址/downloads/）解除BD PROCHOT功能对功率和发热的限制，同时还可以锁定最大频率，防止降频。在笔记本上安装并运行该软件，首先在主界面点击“Options”按钮，在“Options”设置页中勾选“Unlock Bidirectional PROCHOT”项，点击“OK”按钮返回软件首页，去除“BD PROCHOT”选项前面的勾选（见图3），最后再点击主界面上的“Save”和“Turn On”按钮即可（见图4）。

两种方案结合更合理

如果需要一个折中的效果，以上两种方案可以结合使用。如果你担心CPU在睿频加速状态时温度过高，可以手动降低CPU频率至合适值后，再开启ThrottleStop防止GPU功耗增加后使CPU再次降频。这样的话，既可以保证游戏的流畅度，又可以防止CPU和GPU的发热量太大损坏硬件。如果在游戏的同时给笔记本配备散热垫等辅助散热装置，也可以更好地控制温度。笔者的建议是：玩游戏时可把CPU最大最小状态在电源管理里调到99%（关闭睿频），然后开启ThrottleStop将CPU频率锁定为默认最高值（i5-2410M为2.3G，i7-2630QM为2.0G），防CPU降频以免卡顿。

篇4

笔者本次操作的主角是采用Wolfdale核心，主频为3，16GHz的酷睿2双核E8500。与很多DIY玩家一样。拿到这颗处理器后笔者首先想到的便是看看它的超频潜力究竟如何，为此笔者动用了所能收集到的最顶级的硬件设备。为这颗处理器量身打造了一个高性能超频平台。希望能看清这只头狼的真正实力。

操作前的准备

Wolfdale扫盲在开始正题之前，还是让笔者花一点点时间让大家来认识一下Wolfdale核心。Wolfdale采用45纳米制造工艺，由第一批基于65纳米制造工艺的Conroe核心改进而来，是基于英特尔Penryn微架构的双核产品线。而四核核心Yotkfield则采用的是将两颗Wolfdale封装在一颗CPU之内的解决方案。

首批基于Wolfdale核心的桌面级处理器(E8190，E8200，E8400和E8500)主频从2.66GHz到3.16GHz不等，均采用LGA775封装，拥有128KB一级缓存，6MB共享二级缓存和1333MHz前端总线频率。和其他桌面级处理器一样，Wolfdale同时支持32位和64位运算，并提供SSE,SSE2，SSE3和SSE4.1多媒体指令集。此外，Wolfdale还支持英特尔的增强型Speedstep。C1E，和xD病毒防护技术。

操作平台的选择

为了最大限度地挖掘E8500处理器的超频潜能，笔者使用了发烧友级别的X48主板技嘉GA-X48T-DQ6和海盗船DDR3-2000内存。散热方面，笔者使用的是ZEROtherm NirvanaNVl20 Premium风冷散热器――笔者玩过的最牛的风冷散热器之一。

选择这样的硬件配置是有原因的。Nirvana NV120Premium在散热器测试中一枝独秀，而GA-X48T-DQ6的超频能力也是众所周知的。至于海盗船DDR3内存，如此高的工作频率让笔者可以让内存频率与前端总线频率同步。从而将处理器性能发挥到极致。

操作平台的安装

事实上，要把这些配件组装起来还是费了些力气。可以看到。Nirvana NVl20 Premium散热器是利用主板下方的垫板进行固定，但GA-X48T-DQ6的热管散热器非常大，且已经固定在了主板底部的垫板上，所以笔者不得不把主板原配的热管散热器拆掉。在拆卸热管散热器的时候笔者还遇到了一些小麻烦。由于主散热器上还有几个用于固定副散热器的小“机关”，因此在拆掉主散热器后。笔者不得不用螺钉把副散热器固定在主板上。

为了保证CPU散热良好，笔者将CPU背面进行了精致打磨，并使用上等的散热硅脂。本来笔者还打算对CPU散热器进行一番同样的打磨工作，但无奈Nirvana NVl20Premium的做工太精良了，镜面打磨对它来说是多此一举。于是笔者只是为它涂上了硅脂。一切准备就绪，插上CPU和内存，安装好散热器，Show time!

大灰狼来袭

超频手记

由于酷睿2双核E8500并不是一款至尊版产品，因此其倍频并不是完全解锁的。你可以把倍频降至默认的9.5以下。但却不能超过它。换言之，笔者对CPU的超频测试只能停留在外频超频上。对前端总线超频会对北桥芯片和内存构成额外压力，因此笔者必须同时对北桥芯片组和内存进行超频(当然，对于笔者所使用的海盗船DDR3内存而言这一切都不是问题)。

为了尽可能让系统在高FSB下尽可能保持稳定，笔者决定在超频之前对北桥和内存电压进行调节。笔者在BIOS中将北桥电压调整至1.65V，将内存电压调整至2V。随后。笔者以5MHz作为步进单位，逐步对CPU进行超频。在默认的CPU核心电压下，笔者成功将外频超至418MHz，CPU核心频率也达到了3.97GHz。但在笔者尝试进一步提高外频时，系统变得极不稳定――换言之，418MHz是默认CPU核心电压下的极限。

很显然。CPU是问题的关键，因为X48芯片组默认支持400MHz外频，18MHz的提升几乎可以忽略不计。而在这个情况下，CPU温度仅为36摄氏度。因此散热也不成问题。唯一需要做的。是提升CPU的核心电压，以便为CPU外频解禁。于是笔者将CPU电压从默认的1.25V提升到1.425V，这也是笔者计划中用风冷散热器所能达到的最高电压值。

提升了CPU电压，外频超频也变得容易多了。这次，笔者将外频成功锁定在了452MHz，CPU核心频率也达到了4.29GHz。笔者并没有因此罢休。继续超频至461MHz，并成功进入了操作系统，CPU核心频率攀升至4.37GHz。但不幸的是，尽管进入了Windows，系统也并不稳定。因此这不能算是成功的。

尽管如此，4.29GHz频率下的系统还是无可挑剔的。而CPU温度也没有超过68摄氏度。内存频率与FSB同步，达到1.8GHz。稍加计算。你便不难发现笔者将CPU主频提升了1.13GHz，将内存频率提升了475MHz。这无疑会对系统性能带来极大改善。

性能对比

为了更加直观的了解到超频后的酷睿2双核E8500究竟获得了多大的性能提升，笔者进行了一些测试。测试对象分别是超频前的E8500，超频后的E8500和未超频的QX9650(四核)。除了CPU之外。三个测试平台的硬件配置完全一致：X48主板，2GB DDR3内存，GeForce8800GTX显卡和150GB的西数Raptor硬盘。操作系统选用的是Windows VistaUltimate。

笔者同时选择了一些单线程测试软件和一些多线程测试软件。核心数量并不会影响CPU在单线程测试中的表现。因此初始频率更高的E8500(3.16GHz)在单线程测试中表现优于QX9650(3GHz)也就不足为奇了。超频后的E8500在多线程测试中也得到了大幅度的提升，甚至具备了与四核QX9650抗衡的能力。但毕竟双拳难敌四手。QX9650的优势还是很明显的。

超频至4.29GHz的E8500在8项测试中领先，其中包括Crysis和LAME MT。由此不难看出，如果PC的主要用途是游戏、音频编码或其它单线程任务。高主频双核处理器无疑要比低主频四核更超值――况且四核处理器的售价更高。当然。对双核处理器进行适当超频会让你获得更多的回报。

血的教训

这里还必须提一下，笔者在进行超频操作的过程中曾尝试使用了一个风险较高但“号称”效果很棒的方法一内核直接散热!也就是手动移除CPU上盖。直接对内核进行散热。目前大多数CPU都事先安装好了金属上盖，以保护CPU内核不受损坏，但这些金属上盖却从一定程度上影响了CPU内核的散热。

内核直接散热法的概念就是移除CPU金属上盖。直接将散热安装在CPU内核之上。没有了金属上盖的阻挡，CPU内核产生的温度可以更容易被带走。CPU内核温度的降低也能提升超频空间，让超频高手可以做出更加疯狂的事。在本次超频的过程中，笔者也的确破坏了几颗E8500处理器――移除了它们的上盖。

首先将CPU上盖朝上固定好，并用妥善的方法保护好CPU下部，避免不必要的划伤和损坏。随后对金属上盖进行加热，使用于固定上盖的环氧树脂软化。接下来用全新的剃刀片小心割开已经软化的环氧树脂，成功卸下上盖。但遗憾的是，上盖虽然拆了下来，但CPU再也点不亮了。

考虑到Wolfdale核心的Core 2 Duo处理器的超频水平，笔者建议用户还是让CPU金属上盖老老实实呆着吧。当然，谁都希望能让CPU更凉快点儿。让超频幅度更大一点儿，但如果为此撬开上盖牺牲了CPU。显然是得不偿失的。

篇5

“电子迁移”理论

了解CPU相关知识的电脑用户都应该知道超频所带来的危害。当他们还是“菜鸟”的时候，就有“老鸟”不断的告诫他们，超频会加速CPU内部的“电子迁移”。不但严重影响其正常的使用寿命，还很有可能造成CPU的烧毁。然而就目前的实际情况来看，一块CPU在超频状态下稳定工作三四年并不算稀奇的事情，“电子迁移”所造成的影响几乎可以忽略不计。即使真的有CPU在超频过程中烧毁，也大多是散热条件没有及时跟上所造成的。主板超频技术的不断发展，几乎消灭了CPU因为超频而烧毁的可能性。所以对于大多数电脑用户来说，超频并不是危险的举动。

二级缓存更易损坏

超频所带来的真正危害并不是纯粹的寿命影响，也不是CPU烧毁惨剧的发生，而是二级缓存可能因为超频所造成的完全损坏。在我们进行超频时，不仅是CPU内核要工作在更高频率下，CPU的二级缓存也同样工作在更高频率下。还是单核时代的时候，我们便已经发现，很多P4处理器在超频性能上无法与赛扬处理器相媲美，其最主要的原因就是因为过大容量的二级缓存无法工作在更高频率所造成的。CPU二级缓存的损坏会造成系统不稳定或注册表丢失，损坏程度较轻的CPU虽然能够顺利进入桌面进行正常操作，但运行一些数据吞吐量较大的程序（媒体播放、游戏、平面/3D绘图）时就会重启或死机。这样的CPU在稳定性方面完全无法信赖，很容易造成重要数据的丢失。

BIOS屏蔽延长CPU寿命

篇6

关键词：CPU；超频；降温；性能优化

1　引言

CPU即中央处理器，顾名思义，它是整个计算机系统中最为重要的核心部件。集成了百万计、千万计，甚至数亿计晶体管的CPU芯片，除了具有计算能力的电路和结构外，还拥有控制及指挥其他硬件电路相配合的中央控制器。由此可见，CPU的健康状况，会对整套计算机系统的运行产生举足轻重的影响。因此要想让它竭尽所能，适时地对它进行保养、维护及优化则显得尤为重要。

2　常见的CPU故障

2．1　频繁死机

在排除病毒原因后，此类现象主要原因通常是由于散热系统工作不良、CPU与插座接触不良，或BIOS中有关CPU高温报警设置错误等造成的。

对策：检查风扇是否正常运转(如有必要可更换大风量的风扇)、检查散热片与CPU接触是否良好、导热硅脂涂层是否均匀、取下CPU检查插脚与插座的接触是否可靠、进入BIOS设置调整温度保护点等。

2．2　超频过度造成无法开机

过度超频后，电脑启动时可能出现散热风扇转动正常，而硬盘指示灯只闪一下便没了响应，显示器也维持待机状态。这种情况通常有两种处理方法：

对策一：打开机箱，找到主板上给CMOS放电的跳线(通常都在钮扣电池的附近)，将其置于“CMOS放电”位置，也可以将电池抠下，稍待几分钟后，再将跳线或电池复位并重新启动电脑即可。

对策二：现在较新的主板大多具有超频失败的专用恢复性措施。如：在开机时按住“Insert键”不放，系统启动后将自动进入BIOS设置选项，随后可进行降频操作。更为先进的主板中，还可在超频失败后主动“自行恢复”CPU的默认运行频率。

2．3　开机自检显示的工作频率不正常

具体表现为开机后CPU工作频率降低，屏幕显示“Defaults CMOS Setup Loaded”的提示，重新设置CMOS中的CPU参数后，系统可恢复正常，但故障仍会在下次重启时继续出现。此类情况与CMOS电池或主板的相应电路有关。这时可先测量主板电池的电压，如电压值低于3V，应更换CMOS电池。如果更换电池不久后，相同故障再次出现，则是主板CMOS供电回略的元器件存在漏电，建议将主板送修。

3　如何对CPU进行保养

3．1　保证良好的散热

CPU的正常工作温度为50℃以下，其具体工作温度会根据不同的CPU主频而定。散热片质量要足够好，且以厚底层为佳，这样有利于主动散热，保障机箱内外的空气流通顺畅。

3．2　注意减压及避震

CPU毁于散热和扣具压力的惨剧时有所闻，主要表现在CPU的DIE被压毁，因此在安装CPU时应注意用力均匀，扣具的压力要适中。

3．3　合理超频

超频会导致CPU工作时温度上升，而高温容易使内部线路发生电子迁移，缩短CPU的寿命。目前主流CPU的频率都在2GHz以上，因此超频前，应更多考虑延长CPU的寿命。如仍需要超频，应尽可能不用提高内核电压的方式实现。

3．4　用好硅脂

硅脂有很强的导热性，安装散热风扇时，应在CPU及散热片之间抹上导热硅脂，以获取更好的散热效果。使用时，将其涂于CPU表面内核上，薄薄一层即可。硅脂在使用一段时间后会干燥，这时可先将其除净后，再重新涂上。

3．5　防止CPU主芯片磨损

常用的方法是CPU不用时在芯片表面贴上一层胶布。此外，在安装CPU时要留意风扇的正确安装，同时注意芯片与硅脂接触均匀。

4　如何使用软件优化CPU性能

计算机由软、硬件配合进行工作，在硬件规格确定的情况下，可以通过特定的软件对硬件性能进行一定程度的优化。

4．1　用SoftFSB软件对CPU超频

对CPU超频是使用最多的“性能优化”法。通常的超频方式都是用主板跳线、修改BOOS设置等硬方法。而无论对主板重新跳线还是修改BIOS的设置，都要求用户对计算机硬件系统或BIOS设置有一定的了解，召则会适得其反。SoEFSB软件可以直接在Windows窗口下调节系统总线频率，以达到超频目的。若超频成功，无需重新开机，系统就将在此设定的频率下工作；若超频失败，重新开机，系统会自动回到原来的状态，不受影响。

SoflFSB通过软件来改变时钟芯片部分寄存器数值，进而让该芯片根据这些数值产生相应的系统总线频率。由于目前Intel的询许多CPU倍频被锁定，通过提高系统总线频率就成了唯一的超频方式。使用SoEFSB超频，只需用户记下主板型号，之后便可通过选择主板型号来设定GetFSB项，或通过时钟芯片来设定GetFSB项。

4．2　通过Powerteak优化CPU的性能

Powedweak是Powertweak公司于1999年推出的系统实用程序。PoweRweak支持大多数的CPU和芯片组，PoweRweak在安装过程中会自动探测用户当前使用的CPU和芯片组类型。安装结束后，执行“开始程序Powertweak”中的PowertweakOptimiyer命令打开设置窗口进行基本设置。设置完成后，重新启动系统，Powertweak会随机自动启动并使用已有设置对用户的CPU及主板芯片重新配置，让它们在工作中发挥更高的性能。

4．3　用WateffallPro对CPU降温并优化

新版的Wateffal0Pro几乎支持现在市场上能见到的所有CPU类型(包括笔记本电脑用的CPU)，且与现在的主流主板兼容，为用户提供了全面的选择，使用该软件可以完成如下功能：

(1)最多可将CPU的温度降低30℃；

(2)调整CPU的性能，让它在最优状态下稳定地工作；

(3)可以精确测量与显示CPU的使用串，并能同时监控三个以上的周边设备，如主板、硬盘等；

(4)支持各种流行的主板，并可以选择在系统发生问题前发出警报；

(5)可节省笔记本电脑电池能量，即使在CPU全速运行时，也可以利用新的HTL(节流阀)技术降温，甚至还可以省下内部风扇的电源。

WateffallPro的安装十分简洁，软件安装完成后，开机会自动执行，并在任务栏右下脚显示自己的图标。用鼠标点击该图标后，进入设定选单。选择“Option”中的“Setup”选项，即可针对主板及CPU进行设置。

篇7

可以通过软件来调整频率，如果是保修的话，可以把频率再调回原来的频率，这样就不会影响产品的保修，如果是过载损坏，无法保修。

超频一般是增加处理器的时钟频率，这个时候一般“CPU”的发热量就会比较大，而温度升高是会导致电子迁移现象的。

超频实际上就是指让电脑的配件在高于标准频率下工作的一行为。其中主要包括“CPU”的超频，显卡的超频，以及内存的超频，而“CPU”的超频较早出现。

（来源：文章屋网 ）

篇8

什么是CPU的VID电压

在生产CPU时，需要在一块晶圆上切割出多块CPU，由于晶圆批次和品质的不同，Intel会对切割后的每一块CPU进行检测，以便确定其可以稳定运行的频率和电压。

这样当一块CPU在检测出一个稳定的运行电压后，Intel会为它稍加一个合适的余量，从而得到一个固定的电压值，接着将这个电压值固化在CPU中，而这个电压值就是所谓的VID。事实上，VID电压可看做是Intel对这颗CPU品质的鉴定，只有品质较好的CPU，才会拥有一个较低的VID电压值。

VID电压在超频中的作用

众所周知，同型号的CPU运行在相同频率下时，那么其所使用的CPU电压越低，相应的功耗和发热量也会越低。这样即便不对CPU进行超频，那么VID电压值较低的CPU，也会更加凉快和省电。

同样道理，当超频CPU时，VID电压越低，那么所需电流相对较低，产生的热量也会较少，因此不需大功率电源和高档CPU散热器，就可使CPU稳定运行在更高频率上。而在增加电压后，VID电压值较低的CPU自然也更易提升主频速度，好处不言自明。

如何查看CPU的VID电压

既然VID电压越低越利于使用和超频，那么在选购超频CPU时，自然要优先挑选VID电压值较低的CPU。不过从CPU表面的参数标识上，是无法得到VID电压值信息的。这时只能通过专门的检测软件来读取该信息。

对于Intel奔腾双核和酷睿系列处理器来说，目前检测VID电压值的最佳软件应首选“Core temp”。运行该软件后，即可在主界面中查看到当前CPU的VID电压值。如右图中这颗E5200的VID电压值为“1.1125V”，相对大多数同型号的E5200来说，可算是非常低的VID电压值了，因此其也获得了不错的超频性，主频达到了4GHz的水平。

VID不代表超频性

篇9

    关键词：极低功耗系统 MSP430 低功耗管理

1 影响系统功耗的主要因素

对于一个数字系统而言，其功耗大致满足以下公式：P=CV2f，其中C为系统的负载电容，V为电源电压，f为系统工作频率。由此可见，功耗与电源电压的平方成正比，因此电源电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率，再就是负载电容。负载电容对设计人员而言，一般是不可控的，因此设计一个低功耗系统，应该考虑到不影响系统性能前提下，尽可能地降低电源的电压和使用低频率的时钟。下面对TI公司新出MSP430来具体探讨这个问题。

2 基于MSP430极低功耗系统的设计

MSP430具有工业级16位RISC，其I/O和CPU可以运行在不的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制：正常运行时电流160μA,备用时为0.1μA，功耗低， 为设计低功耗系统提供了有利的条件。

图1是我们设计的以MSP430为CPU的“精密温度测试仪”（下面简称测试仪）。该产品使用电池供电，体积小巧，携带方便。

（1）电源电压

在使用时应该尽可能地选择最低的电源电压。对于MSP430而言，可用的最低电压是很低的，最低可达1.8V。我们使用TI公司推荐使用的3V。通常的电源只提供5V电压，因此，需要将5V电压由一个3V的稳压管降压后给CPU供电，也可以直接锂电池供电。3V不是标准的TTL电平，因此，在使用时需要用接口电路使CPU的非TTL标准电平能与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。或者直接使用支持3V电压的外围芯片。

图1 

    （2）时钟频率

从低功耗的角度看，需要较低的频率，但是在实时应用中为了快速响应外部事件又需要有比较快的系统时钟。这就需要系统具有两个高低不同的频率，在需要的时候可以在两个频率之间进行切换。为了保证切换迅速/时间延迟少，又要求低Q值振荡器，同时切换时往往造成时钟频率的不稳定，这对于要求频率稳定的系统，如实时时钟RTC而言又是不适合的。设计一个完全达到以上要求的时钟系统是很困难的，MSP430采用了一种折衷办法，即在CPU外使用一个较低的频率为32 768Hz的钟表晶体振荡器生成辅助时钟ACLK，能够保证一些低频率应用场合的要求，对于一些低频工作的外设而言可以直接作为信号源或时钟，而无需增加额外的分频电路；同时，在CPU内部使用结合数字控制振荡器DCO的FLL技术，将ACLK倍频升高，作为系统的主时钟MCLK。它使得指令能够在较低晶振下获得高时钟时的运行速度，能够满足高速实时的要求。低、高频之间的切换只需6μs。对于149型号的芯片而言，更具有第三个频率SMCLK可供外设使用，它可外接二个晶振，当设置DCOR=0时SMCLK使用DCOCLK，当DCOR=1时SMCLK使用第二个外晶振X2。X2的频率一般比X1要高，这样便又可以满足高速外设的要求。

（3）低功耗软件控制

MSP430的工作模式通过模块的智能化运行管理和CPU的状态组合以先进的方式支持超低功耗的各种要求。CPU内状态寄存器SR中的SCG1、SCG2、OscOff与功耗有关．可由软件组合成6种工作模式．

①活动模式——AM

正常的工作模式，这时CPU消耗的电能最大．

②低功耗模式0——LPM0

CPUOff置位，CPU停止活动，但外围模块继续工作，ACLK和MCLK信号保持活动，MCLK的锁频坏控制正常工作．有关控制位设置为：SCG1＝0，SCG0＝0，SCG0=0,OscOff=0,CPUOff=1。

③低功耗模式1——LPM1

CPUOff置位，CPU停止活动，但外围模块继续工作，MCLK的锁频环控制停止工作，ACLK与MCLK保持活动，有关控制位设置为：SCG1＝0，SCG0＝1，OscOff=0,CPUOff=1。

④低功耗模式2——LPM2

CPUOff置位，CPU停止活动，但外围模块继续工作，MCLK的锁频环控制停止，ACLK活动，MCLK停止，有关控制位设置为：SCG1＝1，SCG0＝0，OscOff=0,CPUOff=1。

⑤低功耗模式3——LMP3

CPUOff置位，CPU停止活动，但外围模块继续工作，MCLK的锁频环控制和MCLK停止工作，DCO的DC发生器关闭，但ACLK信号仍保持活动，有关控制位设置为：SCG1＝1，SCG0＝1，OscOff=0,CPUOff=1。

⑥低功耗模式4——LPM4

CPUOff置位，CPU停止活动，但外围模块继续工作，MCLK的锁频环控制和MCLK停止工作，晶振停止，有关控制位设置为：SCG1＝X，SCG0＝X，OscOff=1，CPUOff=1。

不同工作模式对应的典型电源消耗如图2所示。

这些模式可以完成对晶振的关闭，FLL关闭，还能实现对外设功耗的控制，从而进一步降低系统的功耗。

为了充分利用CPU的低功耗功能，可以让CPU工作于突发状态。在通常情况下，根据需要使用软件将CPU设定到某一种低功耗工作模式下，在需要时使用中断将CPU从休眠状态中唤醒，完成工作之后又进入休眠状态。

MSP430的可编程中断结构可以组成灵活的片上和外部中断体系，以适应实时中断驱动系统的需要。中断可由处理机的运行状态来启动，如看门狗溢出、外部模块发生的事件等。每个中断源泉可以用中断允许位单独关闭，而状态寄存器中的通用中断允许位GIE可以禁止全部中断。

当中断请求发生并且相应的中断允许位和通用中断允许位（GIE）置位时，中断服务程序按下顺序激活：

如果CPU处于活动状态则完成当前执行指令。如果处于省电状态，则终止低功耗模式将指向下一条指令的PC值压堆栈将SR压入堆栈如果在执行上条指令时已有多个中断请求发生，则选择最高优先级者在单一中断源标志中的中断请求标志位自动复位，多中断源标志仍保持置位以等待软件服务通用中断允许位GIE复位，CPUOff位／OscOff位和SCG1位复位，SCG0不改变，FLL环路控制保持原有工作状态，状态位VNZ和C复位将相应的中断向量值装入PC，程序从该地址继续执行中断处理，中断响应从接受中断请求开始到执行相应的中断服务程序的首条指令，持续6个周期，中断处理结束的最后指令为RETI将SR从堆栈中弹出，被中断的程序回到与中断前完全相同的状态将PC机堆栈中弹出。因此它的中断系统也配合极低功耗的要求，一个中断事件可将系统从各种工作模式中唤醒，而RETI指令又使运行返回到事件发生前的工作模式，不需额外的指令。测试仪的主要工作就是测量并显示温度。系统启动后首先进入低功耗的休眠模式，因为温度的测试可以间隔一段时间测量一次，设定一个触发周期，当周期的触发脉冲到来时，CPU退出休眠，测量温度并显示，检测完之后又自动回到休眠状态。

（4）外设

MSP430系列微控制器的运行主要受控于存储在特殊寄存器（SFR）中的信息，不同SFR中的位可以根据需要允许中断或用来定义外围模块的工作模式，能够作到部分或全部禁止外围模块的功能，被禁止的外围模块将停止它的功能以减少电源消耗。

例如，Basic Timer1可以根据需要对输入时钟源选择MCLK、ACLK或ACLK/256之一，同时控制位包含HOLD，当HOLD=1时，可以禁止模块的所有功能，并把功耗降低到最低只有漏电流。

串口是系统与外围联系的重要手段，可以利用MSP430对帧的敏感作为启动条件。通常情况下都应该从低功耗模式中被启动，这就需要用到UART的中断接收方式，有关代码如下：

IFG2 .EQU 3 ；URXIFG和UTXIFG标志地址

UTCTL .EQU 71h ；USART控制寄存器

UTXIFG .EQU 0

URXSE .EQU 8

……

URX_INT BIT.B #URXIFG，&IFG2 ；检查URXIFG信号以确定帧开始

JNE ST_COND

……

ST_COND BIC.B #URXSE，&UTCTL；清除URXS触发器信号，消除中断请求

BIS.B #URXSE，&UTCTL；准备用URXS触发器检查下一帧开始条件

当有多台机进行通信时，还应该充分利用线路空闲多处理机模式。使用此模式可以使处于多机通信的CPU在接收数据之前首先判断地址，如果地址与自己软件中设定的一款，则CPU被激活接收下面的数据；如果不一致，则保持休眠状态。这样可以最大限度地降低UART所消耗的功率。

低功耗系统必须采用LCD，MSP430有些型号中已经为我们集成了LCD驱动器，在使用时只有需要显示时才打开LCD模块，休眠状态下控制LCD的控制方式与模式寄存器中的LCDM0=0，可以关闭LCD。LCDM1=1，高电压驱动；LCDM1=0，LCDM1=1，驱动低电压。尽可能选择低电压驱动。通过以上处理，LCD的功耗可以达到最少。

MSP430的A/D也具有微功耗的模式。当转换结束时（EOC），中断标志会自动设置进入中断例程，通知处理机一次转换已经完成。这时CPU关闭A/D时钟，A/D通道停止工作，直到下一次SOC位置位才开启，因此，模/数的开启是可以由CPU通过控制ACTL寄存器主动进行的。“测试仪”需要测量传感器送来的电压，使用A/D进行模/数转换，可以通过键盘输入或周期性触发脉冲选择开启A/D转换，完成后又自动关闭，以节省电流消耗。

此外在设计外设时还有一些常规原则：将不用的FETI输入端连接到VSS；JTAG端口TMS、TCK和TDI不要连接到VSS；CMOS输入端不能有浮空的节点，将所有输入端接适当的电平；不论对于内核还是对于各外围模块，选择尽可能低的运行频率，如果不影响功能应设计自动关机。

篇10

最终目的――提升晶体管效率与能源效率

无论你遇到的是什么应用，例如3D游戏、2D图像处理、多媒体娱乐、上网浏览或者IM交流，它们的本质都是二进制数的加减乘除运算，只是应用不同，所对应的计算类型也各不相同，例如3D游戏、多媒体、图像处理主要涉及浮点运算，其中的多媒体和图像应用需要大量的矢量和矩阵运算，这也是SSE/3D Now等指令集存在的原因；至于网络浏览、办公软件、互联网服务器等应用一般只涉及整数运算。

处理器提供完整的计算功能，它的通用属性允许执行各种各样的计算指令，对于x86平台而言，任务的多样性要求处理器能够提供全面的计算功能，因此x86处理器在整数、浮点方面的性能一般都比较均衡，那么提高性能就意味着两者应该同时获得提升。

然而，性能的提升必定会受到功耗和成本的限制，微处理器厂商的目标都是实现最高的效益――即处理器成本最低，但性能最优。处理器的成本有双层含义，一是芯片本身的制造成本，它由芯片的晶体管集成度、制造工艺和良品率共同决定，不过从设计层面来看，晶体管的多寡决定成本的高低――设计者最希望的是用更少的晶体管实现更出色的性能，这样的任务考验着设计者的技术功底，而衡量设计优劣我们可以引入“每晶体管性能”来评定。

另一个成本是指用户的使用成本，它所说的就是电费支出，由芯片的功耗所决定。个人用户或许对此不算很敏感，但对于拥有大量计算机的企业、网吧、数据中心而言，电费支出往往相当惊人，在性能相同的条件下，低功耗的芯片显然更受欢迎。同时，低功耗芯片发热量更低，能够提供更人性化的使用感受(例如风扇噪音更低)，因此也更受欢迎；我们可以采用“每瓦性能”来衡量处理器的能源效率，这也是英特尔在Core平台中高调宣扬的概念之一。

所有的微处理器业者都在追求“每晶体管性能”与“每瓦性能”的最大化，这两项指标直接决定了处理器的竞争力水平――一个新的问题由此产生：要做到两项指标的最大化，应该采用何种设计思路?高频率、优化的架构、多核还是协处理器?

矛盾的平衡术――架构与频率谁是重点?

在漫长的时间内，x86处理器都在寻求频率的增长，频率高低也成为衡量处理器性能的唯一要素，相信大家对1999年英特尔与AMD的1GHz突破记忆犹新，不过随后英特尔拿出Netburst架构的Pentium 4，在频率之争中遥遥领先，并依靠高频率赢得了对K7的胜利，但在K8架构出现之后，低频率的Athlon 64系列处理器凭借优越的微架构在性能上赶超。

这就引起一个新的问题：频率与架构哪一个对CPU性能影响更重要?

CPU的性能是由执行计算任务的能力来衡量的，在相同的时间段内，执行计算任务越多的处理器性能就越高。而决定性能高低的主要有两个指标：其一就是主频，它所指的是CPU在单位时间内能执行多少次指令。打个比方，CPU的主频就好比是人在单位时间内可以走多少步路；其二就是IPC(IPC：Instruction Per Clock)，它所指的是CPU在每个时钟周期内可以执行多少条指令，代表指令执行的数量，同样做个比方，IPC就好比是人走每步路的长度。那么，CPu的性能可以用如下公式表达：“处理器(CPU)性能=主频×IPC”。

换言之，二者相辅相成，同等重要，但无论哪一个指标，都无法单独决定CPU的性能。

IPC主要由CPU的架构来决定，事实上，主频与IPC是一对矛盾综合体，在处理器设计中，高频率往往要以低IPC为代价，而高IPC又会遭遇频率难以提升的困扰，芯片设计者必须在两者之间取得平衡。过去的Netburst试图走一条极端化的道路，它通过提升流水线长度来获得高频运作，但同时也导致低IPC的后果，而高频运作还带来高功耗、高热量的弊端，因此虽然Netburst架构可以凭借逼近4GHz的高频率保有高性能，但高功耗的拖累让它不堪重负，也限制了未来发展空间。

此后，英特尔在Core微架构中改变了这种做法，它采用一个新的公式：“处理器(CPU)性能=每瓦性能×功耗”，通过优良的微架构达到每瓦性能的最佳化，从而可以在低功耗条件下获得超越对手的高效能。另外在IPC方面，Core架构的表现极为优异，它可以同时解码4条指令，加上宏操作融合技术与微操作融合技术，Core架构最多可以同时解码5条指令，相比之下，AMD的K8架构只具备同时解码3条指令的能力。由于IPC性能突出，Core架构在较低的频率下就能够获得大幅超越前代产品的性能，英特尔也从此完全抛弃硬伤较多的Netburst架构。

AMD新近推出的K10架构其实也是主频与IPC平衡的一个典范，K10在K8基础上改良而来，主要增强了浮点方面的计算能力，不过在指令解码能力方面，K10没有获得增强：每个周期仍只能解码3条微指令，实际执行能力逊于英特尔的Core架构；不过，K10集成了内存控制器，拥有更卓越的内存性能，加上SSE指令单元扩展到128位，引入2MB三级缓存，以及对微架构进行深度的改良，这些措施都有效提升K10的IPC性能。因此，K10同样没有强调高频运作，但它的性能并不亚于竞争对手，芯片的功耗和发热量也都控制在较好的水平，从而能够保持理想的市场竞争力。

从单核到多核、从巨内核到微内核

处理器从单核发展到多核可以让“每晶体管性能”获得显著的提升，也就是能够以更低的代价获得相当出色的性能。

在单核心时代，处理器提升性能的主要途径是频率与缓存，利用缓存容量作为高低阶产品区分依据的做法相当流行，典型的例子包括Pentium 4与Celeron、Athlon XP与Duron；在缓存容量上，英特尔的产品相对于其他品牌而言从来都占据绝对优势，这很大程度上得益于半导体工艺的领先。但从经济效率角度来看，大缓存设计绝对不是理想方案，例如二级缓存容量从1MB提升到2MB，带来的性能增益在10％以内，但高速缓存为SRAM部件、1bit数据就需占用6个晶体管，1MB缓存需要接近5000万个晶体管，比CPU核心都高出不少。不妨以当年的Northwood为例：Northwood Pentium 4的二级缓存 为512KB、晶体管总量7500万个，而相同核心的Pentium 4 Extreme Edition由于增加了2MB的三级高速缓存，晶体管数量大幅攀升到1.78亿――尽管晶体管数量比前者高出1.37倍，芯片生产成本也高出许多，但性能提升幅度仅在10％左右，这种设计显然非常缺乏经济效益。相反，假如将这些晶体管用于CPU核心的设计，也就是让处理器拥有双核心，那么带来的性能增益可以在80％以上。

英特尔与AMD几乎同时意识到这个问题，因此它们转向了双核体系，到现在为止，双核心处理器已经成为主流，四核产品也在服务器和高阶市场大行其道，多核设计的优势在实用中获得充分的体现。不过随着核心数量的增多与频率提升，处理器的功耗问题又逐渐开始变得严峻，英特尔的Core 2 Quad与AMD的Phenom X4功耗都超过百瓦，主流的双核处理器也都达到89瓦，相当于当年Prescott处理器的水平。假如按照这种轨迹发展下去，多核设计同样将遭遇高功耗的制约、造成性能难以提升的困境。

AMD就这种观点的持有者，它们认为多核处理器在未来将遭遇Netburst的覆辙，必须被更高效率的设计所取代――AMD提出的方案就是Torrenza协处理器加速计划，即采用协处理器来辅助CPU完成计算任务。由于协处理器都采用专用化设计，在特定的应用中效率极高，它的引入能够显著提升平台的效能。另外，AMD还发展出Fusion混合处理器的概念，即将GPU作为协处理器直接整合于CPU内部，两者协同运算，不过这样做的目的主要在于资源的共享。

相比之下，IBM与英特尔的方案更为彻底：IBM认为主一从多核架构效率更高，这种设计在PS3中的Cell处理器中获得体现。在Cell处理器中，只有一个功能简单的主CPU负责任务分派，而真正的指令执行任务则是由数量众多的协处理器完成的；Cell处理器占用2.34亿个晶体管，90纳米、3.2GHz版本的功耗为110瓦，但浮点性能比规格相当的x86处理器高出十倍以上!受此启发，英特尔发展出Many Core计划，它同样是采用主一从多核架构，Many Core处理器最多可拥有80个核心，其中绝大多数都是各种功能的协处理单元(例如浮点加速器、Java解释器、Flash加速器等等)，主CPU的数量在4个以内、它们只是负责任务分配和整数运算任务。

无论是IBM Cell、AMD Torrenza/Fusion还是英特尔的Many Core，它们均采用协处理器加速的主从多核设计、隶属于“微内核”体系，而现行的多核处理器属于“巨内核”体系――巨内核的特点是核心设计复杂、要求动用数量庞大的晶体管，但单个核心就可以承担所有的任务，具有更强的通用性。而“微内核”则不同，它的核心设计都非常简单，往往只处理特定的任务，所需的晶体管和能耗当然也少得多，而在执行专用任务时，这些微内核的效率远高于通用的CPU；如果将大量的微内核集成在一起就能够完成各类计算任务，而这种做法无论在能源效率还是晶体管效率指标上都优于现行的“巨内核”设计。英特尔曾举例说明两种设计的差异：若要实现32GFLOPS/4GHz规格的处理器，现行的巨内核设计需要21平方毫米大小的芯片(假设45纳米工艺)才能做到，平均每平方毫米可提供1.5GFLOPS性能，每瓦能耗对应的，性能则是1.4GFLOPS；倘若改用微内核思想来构建32GFLOPS/4GHz处理器，那么芯片尺寸只要区区6平方毫米，平均每平方毫米芯片的性能为6.4GFLOPS，每瓦特性能为5.9GFLOPS。

由于在能源效率、晶体管利用效率方面都具有明显的优势，微内核将会取代巨内核(或者二者融合)成为未来微处理器设计的主导方案，英特尔在Larrabee高并行处理器中就首度采用微内核设计，AMD也在技术蓝图中披露了微内核设计的远景，IBM则在Cell中首开先河，可以说在这一点上，微处理器工业已经形成广泛的共识。