時鐘頻率（，又譯：zhcn 時鐘；zhtw 時脈 速度）是指同步電路中時鐘的基礎頻率，它以 每秒時鐘週期（clock cycles per second）來度量，量度單位採用 SI 單位赫茲（Hz）。在計算機領域當中，其一般指的是由處理器中的時鐘發生器產生的脈衝訊號的頻率，該訊號用於同步計算機中各部件的工作。時鐘頻率也被用來作為衡量處理器（例如 CPU）執行速度的一個指標，稱為處理器的主頻。在單個時鐘 zhhans 週期；zhhant 週期 內（現代計算機中央處理器內的這個時間一般都短於一納秒）邏輯零狀態與邏輯一狀態來回切換。 由於發熱和電氣規格的限制，zhhans 週期；zhhant 週期 裡邏輯零狀態的持續時間通常要長於邏輯一狀態。 第一代計算機當中的時鐘頻率通常以赫茲（Hz）或千赫茲（kHz）的級別來衡量；在 20 世紀 70 年代至 80 年代間面世的個人計算機（PC）當中，時鐘頻率可達到兆赫茲（MHz）級別；而在 21 世紀的現代 CPU 當中，時鐘頻率通常可達吉赫茲（GHz）的級別。在比較同一系列的處理器時，這是一個較為有用的指標。 時鐘頻率的限制條件 產品分級（Binning） 現代中央處理器（CPU）製造商常為能夠在較高的時鐘頻率下執行的 CPU 設定更高的定價。就某個單一的 CPU 來說，時鐘頻率是在生產環節的最後透過實測測定的。通過了特定測試標準的 CPU 會被標上這個標準相應的時鐘頻率，如 15GHz（十五億赫）。晶片製造商會給出一個 最高時鐘頻率 的規範，並且透過在出售晶片之前對它們進行測試，以確保它們符合 最高時鐘頻率 的規範。測試將執行最複雜的指令，處理最複雜的資料模型確定使用的最長處理時間（測試在最合適的電壓和穩定保證 CPU 在最低效能下執行），保證最高時鐘頻率時不會發生問題。而當一個 CPU 沒有透過較高時鐘頻率的級別的測試，但通過了較低一級的測試時，它會被標上一個較低的時鐘頻率。例如某個 CPU 未透過 15GHz 時鐘頻率的測試，卻通過了 133GHz 那一級的，它就會被標為 133GHz，並且售價會低於時鐘頻率為 15GHz 的 CPU。 工程因素 CPU 的時鐘頻率通常是由晶體振盪器的頻率決定的。通常來說晶體振盪器產生一個固定的正弦波，稱為頻率參考訊號。然後，特定的電路將其轉換為同頻率（或是數倍於輸入頻率）的正弦波，用於驅動數位電路元件。 對某些特定的 CPU 來說，將時鐘頻率降低一半（降頻），一般來說效能也將降低一半，同時此 CPU 產生的熱量也將減少。 與此相對的，有些人試圖提高 CPU 效能，為此他們嘗試讓 CPU 執行在一個較高的時鐘頻率上（超頻）Overclocking early processors was as simple and as limited as changing the discrete clock crystal The advent of adjustable clock generators has allowed overclocking to be done without changing parts such as the clock crystal Overclocking Guide Part 1 Risks Choices and Benefits Who Overclocks by Thomas Soderstrom 。然而，超頻的程度可能會很快受到下麵條件的限制： 在一個時鐘脈衝後，CPU 的訊號線需要時間在新狀態下達到穩定。如果上一個脈衝的訊號還沒有處理完成，而下一個時鐘脈衝來的太快（在所有訊號線完成從 0 到 1 或者從 1 到 0 的轉換前），就會產生錯誤的結果。 當訊號線從 1 轉換到 0 狀態（也可以是 0 轉換到 1 狀態）時，將會浪費部分能量使之轉換為熱能（主要是內部驅動電晶體）。當 CPU 執行復雜指令，由此進行大量的 1 狀態 0 狀態之間的互相轉換時，更高的時鐘頻率將更容易浪費掉能量產生更多的熱量。如果產生的熱量不能被散熱系統及時帶走，電晶體將可能因此過熱損壞。 處理器同樣存在時鐘頻率的下限，除非使用完全靜態邏輯結構設計的處理器核心。 面對限制的努力 工程師一直在尋找新的方法來設計 CPU，使它們效能提高，耗能減少，減少限制條件的影響，使新的 CPU 能執行在更高的時鐘頻率上。最終限制條件可能由可逆計算解決。第一個完全可逆計算的 CPUPendulum 在 1990 年代後期在麻省理工學院使用標準 CMOS 電晶體實現。Michael Frank RevComp The Reversible and Quantum Computing Research Group Michael Swaine Backward to the Future Dr Dobbs Journal 2004Michael P Frank Reversible Computing A Requirement for Extreme Supercomputing Matthew Arthur Morrison Theory Synthesis and Application of Adiabatic and Reversible Logic Circuits For Security Applications 2014 同時人們也在尋找另一種新方法來設計 CPU，使新 CPU 與老 CPU 執行在相同甚至更低的時鐘頻率，但是新 CPU 將擁有在每個時鐘週期執行更多指令的能力（另見摩爾定律）。 比較 時鐘頻率是比較在同一家族內的晶片效能的唯一方法。例如，一臺 PC 機配備了 50MHz 的 Intel 486 CPU 的計算機，它的效能大約是擁有同樣記憶體、顯示裝置和 CPU 但 CPU 執行在 25MHz 的另一臺計算機的兩倍，而如果是一臺執行在相同時鐘頻率的 MIPS R4000 計算機就不能這樣直接比較了，因為它們的處理器、功能和架構是不同的。此外，在比較計算機整體效能的時候還需要考慮很多因素，例如前端匯流排（front side bus，FSB），記憶體的時鐘頻率，CPU 通用暫存器的資料寬度和機器的一級、二級快取等。 時鐘頻率不應該被應用在不同計算機或者不同類處理器家族的比較中。而是應該以軟體基準測試的結果作為比較的標準。僅僅考慮時鐘頻率會讓人產生誤解，因為不同的處理器在一個週期內能完成的工作是不一樣的。例如，精簡指令集（RISC）處理器的指令要比複雜指令集（CISC）的簡單（但是時鐘頻率要高）、超標量處理器可以在一個週期內執行多條指令，但是它一個週期沒有完成多條指令的情況也不少見。此外除去時鐘頻率，低標量和並行度都影響了計算機的效能。 歷史 首臺商業 PC，Altair 8800（由 MITS 製造）使用了一個時鐘頻率為 2MHz（200 萬次 秒）的 Intel 8080 CPU。第一臺 IBM PC 的時鐘頻率是 477MHz（4772727 次 秒）。1995 年，Intels Pentium 晶片達到了 100 MHz （1 億次 秒），到了 2002 年，最快的 CPU：Intel Pentium 4 達到了 3GHz（三十億次 秒，相當於每個週期 331010 秒） 在 20 世紀 90 年代初期，大多數電腦公司宣傳他們的電腦效能主要提及 CPU 的時鐘頻率。這導致了各種各樣的營銷手段，比如說蘋果電腦公司決定生產銷售時鐘頻率 110MHz 的 Power Macintosh 8100110，因此蘋果公司可以宣傳這臺機器是執行速度最快的 因為當時 Intel 最快的處理器執行在 100MHz。但是這是毫無意義的，因為 PowerPC 和 Pentium 處理器的架構完全不同。 在 2000 年以後，Intel 的老對手，AMD 公司使用型號取代頻率來推廣它的處理器，因為當時 Intel 的 Pentium 4 處理器雖然擁有較高頻率、但效能卻輸給相同時脈的其他 x86 處理器。這個趨勢試圖降低 兆赫神話 的影響，因 CPU 的時脈並不能表現出 CPU 的全部效能。2004 年， Intel 公司宣佈它也將型號代替頻率進行命名，可能是因為消費者將 Pentium M 移動處理器（它的頻率大致相當於 Pentium 4 的一半）與 Pentium 4 相混淆了。截至 2007 年，CPU 效能的提高主要透過流水線，指令集和多核心技術的創新來實現，而不是時鐘頻率的提高（時鐘頻率的提高受到了 CPU 功耗下降的限制）。 世界紀錄 2022 年 12 月 23 日，華碩超頻團隊使用 Z790 主機板，將英特爾 13 代酷睿 i913900K 超頻至 9008GHz，創下時鐘頻率世界記錄，成為世界上首顆時鐘頻率在 9GHz 以上的 CPU。 參見 脈衝序列 雙通道 四通道 定時器訊號 參考文獻 Category 時脈訊號 Category 數位電子 Category 時間速率