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CPU是怎么改变频率的?

 金刚光 2020-07-06

更改倍频很简单,就是通过PLL CLOCK MULTIPLIER完成。我们从头来看一下。

主板上有好几个晶振,其中最重要的就是XTAL:

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它提供了基准的24MHz频率。它接入南桥PCH的嵌入式时钟控制器ICC(Integrated Clock Control),经过其中的PLL和差分器,输出100MHz的时钟信号CLKOUT_CPUBCLK_PIN:

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大黑框里面就是ICC

这个CLKOUT_CPUBCLK_PIN就是大名鼎鼎的BCLK:

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注意我选择的是不支持超频的Standard Profile,如果是想要超频,需要BIOS选择Overclock profile:

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BIOS可以通过调节BCLK PLL来调整输出给CPU的BCLK,可以以1MHz的步进进行调节。这些资料来源于PCH Z270的芯片手册(datasheet)[1]。

BCLK也叫做基频(Base Clock,BCLK),它像雪山上留下的第一股泉水,从南桥流出,汇入CPU,从此不断分叉,滋养了其中大多数IP,如内核、核显,也包括今天的主角CPU Cores

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它是基准频率,其他的频率都是在它的基础上变换出来的:

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CPU中的各个器件并不是工作在100MHz上,各个IP有自己的倍频(Multiplier)自己服务。例如CPU内核的频率就是这样计算的:

CPU主频 = 基频BCLK × 倍频

举个例子,标称3.5GHz的CPU,它的基频是100MHz,内核的倍频是35,算下来就是

100 × 35 = 3500MHz=3.5GHz

十分简单,是不是?

这个倍频器(Multiplier)又是谁来操作,怎么操作的呢?

倍频器(Multiplier)

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举个PLL Clock Multiplier的例子:501A .它的原理很简单,就是通过S0,S1两个pin脚来控制输出clock对输入clock的倍数,如下图红框部分:

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来源:参考资料1

引脚图如下:

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S0和S1有三种状态:高,低和悬空(Float),输出倍数的真值表如下:

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从中可以看到501A可以最大变频12倍。当然CPU中并没有用501A,但原理类似,通过控制S0和S1,我们就可以控制倍数关系。在芯片中CPU内核时钟域的倍频器也是由PLL组成。它的控制者就是CPU的主频管家:PCU,关于它,可以参考我的这篇文章:CPU中的电源管家:PCU

PCU通过类似控制S0/S1的方式,控制内核PLL倍频器,来操作倍频。

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